INTEGRANTES: RONALD CARCHI PARRA MANUEL ROMERO CORREA

1. “DISEÑO DEL CONTROL Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA BASADO EN MÓDULOS FOTOVOLTAICOS, UN INVERSOR MONOFÁSICO CONECTADO A LA RED Y BATERIAS COMO UNIDAD DE ALMACENAMIENTO” INTEGRANTES: RONALD CARCHI PARRA MANUEL ROMERO CORREA

2. CONTENIDO • Planteamiento del Problema • Propuesta de Solución • Descripción del Sistema de Generación • Dimensionamiento y Modelamiento • Diseño del Control • Funcionamiento • Conclusiones y Recomendaciones

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

4. Crisis Energética y Medioambiental • Disminución del suministromundial de petróleo. • Demandaenergéticacrecerápidamente. • Calentamiento global a causa del abuso de los combustibles fósiles. • Necesidad de fuentes de energíaalternativa.

5. Miles de Barriles/Día

6. PROPUESTA DE SOLUCIÓN

7. Energía Solar Fotovoltaica • Energíaconsideradacomorenovable y limpia. • Aumento de la producción de energíaeléctricabasada en energíafotovoltaica en los últimosaños.

8. Sistema de Generación Eléctrica Basado en Energía Fotovoltaica • Aprovecha la radiación del sol, paraconvertirla en energíaeléctrica. • Tratamiento de la energíaeléctrica, medianteconvertidores de tensión.

9. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE GENERACIÓN

10. Características Generales • SistemaMonofásicoparaconexión de 120 Vrms. Modificable a 240 Vrms • Potencia Nominal 10 Kw aproximadamente • Conexión a la red eléctricapública • Almacenamiento de energíapormedio de baterías

11. Etapas del Sistema Etapa de Fuerza Convertidor DC-DC tipo boost aislado Convertidor DC-AC (Inversor) Convertidor DC-DC (Almacenamiento) Etapa de Control Control de Voltaje de los Módulos FV Control de Voltaje del Enlace DC Control de Corriente de Carga/Descarga de Baterías

12. Módulos Fotovoltaicos • Dispositivosquecaptan la energía del sol y la transforman en energíaeléctrica.

13. D G1 Convertidor DC – DC (Aislado) >= G2 >= • Eleva el voltaje de entrada de 150 Vdc a 200 Vdc. • Proveeaislamiento al sistema. G1 G2 Vi VDC G2 G1

14. Ga_Hi Gb_Hi ma >= Ga_Hi Convertidor DC – AC Ga_Lo NOT -1 Gb_Hi >= • Recibevoltaje DC (200 Vdc) y entrega un voltaje AC sinusoidal (120 Vrms) Gb_Lo NOT Ga_Lo Gb_Lo • Sincronismo con la red VDC VAC VDC

15. D Convertidor DC – DC (Almac.) G1 >= G2 NOT • Permite un flujobidireccional de corriente, entre la bateria y el enlace DC. IL VDC V_bat ILVDC)

16. DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS Y MODELAMIENTO DE PLANTAS

17. Criterios Utilizados Dimensionamiento de los Elementos Inductancias Rizado ≤ 10% de I. Nom. Capacitancias Rizado ≤ 1% de V. Nom. Modelamiento de las Plantas Modelos Promedio. Dominio de la Frecuencia. (Laplace)

18. IL VRL + - + VL - Convertidor DC-DC (Aislado) + + + + Vin VC Vi VDC x1 h1 - - x2 h2 - Inductancia n = 1 - 1 mH Capacitancia 100 uF

19. Convertidor DC-AC IL + + Vconv + VDC - Vgrid - - Inductancia 150 uH Capacitancia 12 mF

20. Convertidor DC-DC (Almac.) + IL VDC + + - + Vi Vout Voltaje Batería: 120 V _ - - Inductancia 600 uH

21. DISEÑO DEL CONTROL

22. Herramienta usada para la obtención de los controladores • Algoritmo k-Factor. • Desarrolla 3 tipos de controladores, en base al margen de fase y ancho de banda deseado. TIPO 1 TIPO 2 TIPO 3

23. Control del Voltaje de los Módulos FV • Se desea obtener la máxima potencia de los módulos FV. • Variable de control  D (ciclo de trabajo)

24. Controlador Ancho de Banda: 1800 Hz (11300 rad/s) Margen de Fase: 60 o

25. Control del Voltaje de Enlace DC • Del voltaje de enlace depende el voltaje de salida del inversor y la corriente de carga y descarga de lasbaterías. • Control en cascada donde el lazo más rápido va a ser un lazo que controle la corriente que se inyecte a la red y el lazo mas lento será el que controle el voltaje del capacitor de enlace DC.

26. Controlador de Corriente Ancho de Banda: 1000 Hz (6300 rad/s) Margen de Fase: 60 o

27. Controlador de Voltaje Ancho de Banda: 12 Hz (75 rad/s) Margen de Fase: 60 o

28. Control de Corriente de la Batería • Para permitir la carga y descarga de la batería • En la noche se usa el almacenamiento • Variable de control  D (ciclo de trabajo) V_bat Descarga Carga

29. Controlador Ancho de Banda: 1000 Hz (6300 rad/s) Margen de Fase: 60 o

30. FUNCIONAMIENTO

31. Inicialización del Sistema • Estabilización del Voltaje de Enlace DC sin flujo de potencia (Voltaje de circuito abierto en módulos FV) • Cambio progresivo de voltaje de circuito abierto a voltaje de máxima potencia. • Flujo de Potencia constante

33. Aumento y Disminución de la Intensidad Luminosa

34. Uso del Almacenamiento de Energía Carga de la Batería

35. Descarga de la Batería

36. CONCLUSIONES

37. El rizado del voltaje de los capacitores, como el rizado de la corriente que circula por los inductores, se encuentran dentro de los rangos máximos permitidos. • La corriente que se inyecta a la red toma menos tiempo en ser estabilizada con respecto al voltaje de enlace.

38. El sistema tiene la capacidad de brindar la potencia máxima, sin encontrarse necesariamente los módulos FV brindando su potencia máxima. • La inicialización del sistema que se propuso no presentó inconvenientes, ya que todas las variables a controlar se estabilizaron en menos de 0,8 segundos.

39. RECOMENDACIONES

40. Realizar estudios tales como factibilidad, sostenibilidad e impacto ambiental de este tipo de sistemas en nuestro medio, para determinar si el tema planteado es aplicable o si necesita modificación. • Seleccionar los fusibles para la protección del sistema de forma adecuada, tomando en cuenta la presencia de inductores. • Tener presente todos los parámetros de la norma IEEE 1547 para la conexión con la red.

41. Asegurarse que no se ha sobredimensionado los elementos constitutivos del sistema, ya que este hecho haría que el sistema se encarezca. • La empresa eléctrica provee dos fases de 120 Vrms. El sistema diseñado tiene una salida de voltaje de 120 Vrms, al ser instalado, causaría un desbalance de las fases. Por este motivo se podría duplicar el voltaje de salida del sistema a 240 Vrms con lo cual no existiría ningún inconveniente.