control de un convertidor dc-dc bidireccional para almacenamiento de energÍa (cobiae)

CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE

ENERGÍA (COBIAE)

• David Modroño Maeztu• Tutor UPV: Iñigo Kortabarria Iparragirre • Tutor Tecnalia: Sendoa Burusteta Ruiz

27 de Septiembre de 2012

PROYECTO FIN DE CARRERA

Índice

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Sistema de control

Resultados

Conclusiones

Líneas Futuras

CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE)

Introducción

Actualidad

Agotamiento de combustibles fósiles.

Contaminación derivada del uso de los mismos.

Propuesta

Paulatina sustitución del actual parque automolístico

basado en combustible fósil Vehículos eléctricos.

Integración de fuentes de energía renovable.

Nueva infraestructura


Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futurasElectrolineras

Funcionamiento

Introducción

Objetivos

Introducción


Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras• A. Renovable Red eléctrica • B. Renovable Banco de baterías

• C,D.Red eléctrica Banco de baterías y/o EVs• E.Banco baterías EVs

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Funcionamiento

Introducción

Objetivos

Objetivos Modelado de simulación del sistema de potencia

en Matlab-Simulink

Desarrollo de un sistema de control para la carga y descarga del banco de baterías

Obtención de resultados de simulación que permitan: Revisar las especificaciones iniciales del prototipo

inicial. Establecer baremos de potencia/corriente.


Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Funcionamiento

Introducción

Objetivos

Funcionamiento


Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Funcionamiento

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia


CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL

SISTEMA DE CONTROL BANCO DE BATERÍAS

Introducción

Objetivos

Sistemade potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Funcionamiento

Introducción

Objetivos

DC

S5

S2S4

S1 S3

S6

AC

VP VS

a:1

Transformador trifásico del prototipo inicial

Inversor trifásico

2 inversores trifásicos.

Inversor (DC/AC) o rectificador controlado (AC/DC)

: 7.2kHz

IGBT’s 20A y 1200V

Inversor trifásico del prototipo inicial

Sistema de potencia


Modelo del convertidor DC-DC bidireccional

Modelo en Simulink del inversor

Transformador trifásico

3 transformadores monofásicos en estrella.

Relación de espiras de 5

Potencia nominal: 2kW

Modelo en Simulink del transformador

Introducción

Objetivos

Sistemade potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Funcionamiento

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia


Modelo de las baterías

4 módulos en serie

Tensión: 93V – 112V

Capacidad nominal: 328Ah

Circuito equivalente Randell de 2º orden de una batería

Modelo en Simulink del banco de baterías

Módulos Synerion 24M de Ión-Litio

Introducción

Objetivos

Sistemade potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Funcionamiento

Introducción

Objetivos

Sistema de control


Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL

SISTEMA DE CONTROL BANCO DE BATERÍAS

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Funcionamiento

Introducción

Objetivos

Estrategia de control para “modo corriente”

DESCARGA

Sistema de control


CARGA

Control por desfase (δ): Transferencia bidireccional de potencia en base al control del desfase entre las señales que conmutan los IGBT’s

Se puede controlar el flujo de corriente por el banco de baterías, así como su sentido:

V1: Tensión en el primario del transformador (Azul)

V2: Tensión en el secundario del transformador (Rojo)

IBAT: Corriente por las baterías (Verde)

π π

Flujo de potencia en el modelo sin pérdidas en el cobre

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Funcionamiento

Introducción

Objetivos

Controlador PI para “modo corriente”

Dispositivo encargado de implementar la estrategia de control.

Dos componentes:• Proporcional: Estabiliza al proceso.• Integral: Reduce a 0 el error en régimen permanente.

Garantiza un tiempo de respuesta del sistema (TS)

Sistema de control


Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Funcionamiento

Introducción

Objetivos

Controlador PI para “modo corriente”

Sistema de control


Medición

Referencia

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Funcionamiento

Introducción

Objetivos

Estrategia de controI para “modo tensión”Se fija la tensión en bornes de las baterías (112V).

Inversor conectado a las baterías pasa a funcionar como un rectificador trifásico no controlado.

Sistema de control


Diagrama de flujo de la elección del tipo de carga

Bloque para decidir el tipo de carga

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Funcionamiento

Introducción

Objetivos

Transición modo corriente a modo tensiónCurva de corriente para todo el intervalo de δ.

Resultados


Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Intervalos de δ asimétricos para carga y descarga. IBATmax (Carga) = 42.6A e IBATmax (Descarga) = -236.15A Potencia (Carga) = 4.2kW y Potencia (Descarga) = -21kW Tiempo de respuesta del sistema (TS) = 50 ms.

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Funcionamiento

Introducción

Objetivos

Respuesta del sistema

Convertidor DC-DC bidireccional en puente completo.

Inductancia de filtrado.

Dinámica del sistema de 1º orden.

Necesidad de utilizar un Anti-Windup.

Curva desfase (δ) – Corriente (A) dependiente del SOC.

El ciclo de trabajo (D) no es un parámetro viable de control

Conclusiones


Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Funcionamiento

Introducción

Objetivos

Continuidad de este proyecto

Estudio de las relaciónes:

curva desfase (δ) – Corriente (A) Lfiltro, RP, RS y SOC

Mejora del sistema de control:Control basado en lógica difusa

Continuidad para otros proyectos.

Prueba del modelo de simulación en RT-LAB.

Validación experimental del proyecto (CoPER II).

Líneas futuras


Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Introducción

Objetivos

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Sistema de potencia

Resultados

Conclusiones

Sistema de control

Líneas futuras

Funcionamiento

Introducción

Objetivos

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Preguntas


control de un convertidor dc-dc bidireccional para almacenamiento de energÍa (cobiae)

Documents