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

1. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) PROYECTO FIN DE CARRERA • David Modroño Maeztu • Tutor UPV: Iñigo KortabarriaIparragirre • Tutor Tecnalia: SendoaBurusteta Ruiz 27 de Septiembre de 2012

2. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Índice • Introducción • Objetivos • Sistema de potencia • Sistema de control • Resultados • Conclusiones • Líneas Futuras

3. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Introducción • Actualidad • Agotamiento de combustibles fósiles. • Contaminaciónderivada del uso de los mismos. • Propuesta • Paulatinasustitución del actual parqueautomolísticobasado en combustible fósil Vehículoseléctricos. • Integración de fuentes de energíarenovable. • Nueva infraestructura Introducción Objetivos Funcionamiento Sistema de potencia Sistema de control Resultados Conclusiones • Electrolineras Líneas futuras

4. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Introducción • A. Renovable Red eléctrica • B. Renovable Banco de baterías Introducción Introducción Objetivos Objetivos Funcionamiento Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de control Sistema de control Resultados Resultados Conclusiones Conclusiones Líneas futuras Líneas futuras • C,D.Redeléctrica  Banco de baterías y/o EVs • E.Bancobaterías EVs

5. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Objetivos • Modeladode simulación del sistema de potenciaen Matlab-Simulink • Desarrollo de un sistema de controlpara la carga y descarga del banco de baterías • Obtención de resultados de simulaciónquepermitan: • Revisarlasespecificacionesiniciales del prototipoinicial. • Establecerbaremos de potencia/corriente. Introducción Introducción Objetivos Objetivos Funcionamiento Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de control Sistema de control Resultados Resultados Conclusiones Conclusiones Líneas futuras Líneas futuras

6. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Funcionamiento Introducción Introducción Objetivos Objetivos Funcionamiento Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de control Sistema de control Resultados Resultados Conclusiones Conclusiones Líneas futuras Líneas futuras

7. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Sistema de potencia CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL Introducción Introducción Introducción Objetivos Objetivos Funcionamiento Objetivos Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de potencia BANCO DE BATERÍAS SISTEMA DE CONTROL Sistema de control Sistema de control Sistema de control Resultados Resultados Resultados Conclusiones Conclusiones Conclusiones Líneas futuras Líneas futuras Líneas futuras

8. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Sistema de potencia • Modelo del convertidor DC-DC bidireccional Inversor trifásico • 2 inversorestrifásicos. • Inversor (DC/AC) o rectificadorcontrolado (AC/DC) • : 7.2kHz • IGBT’s 20A y 1200V Transformadortrifásico • 3 transformadoresmonofásicos en estrella. • Relación de espiras de 5 • Potencia nominal: 2kW Introducción Introducción Introducción Objetivos Objetivos Funcionamiento Objetivos Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de control Sistema de control Sistema de control Resultados Resultados Resultados Conclusiones Conclusiones Conclusiones Líneas futuras Líneas futuras Líneas futuras

9. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Sistema de potencia • Modelo de lasbaterías • 4 módulos en serie • Tensión: 93V – 112V • Capacidad nominal: 328Ah Introducción Introducción Introducción Objetivos Objetivos Funcionamiento Objetivos Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de control Sistema de control Sistema de control Resultados Resultados Resultados Conclusiones Conclusiones Conclusiones Líneas futuras Líneas futuras Líneas futuras

10. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Sistema de control CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL Introducción Introducción Introducción Objetivos Objetivos Funcionamiento Objetivos Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de potencia BANCO DE BATERÍAS SISTEMA DE CONTROL Sistema de control Sistema de control Sistema de control Resultados Resultados Resultados Conclusiones Conclusiones Conclusiones Líneas futuras Líneas futuras Líneas futuras

11. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Sistema de control • Estrategia de control para“modocorriente” • Control pordesfase (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) Introducción Introducción Introducción Objetivos π π Funcionamiento Objetivos Objetivos Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de control Sistema de control Sistema de control CARGA DESCARGA Resultados Resultados Resultados Conclusiones Conclusiones Conclusiones Líneas futuras Líneas futuras Líneas futuras IBAT: Corriente por las baterías (Verde)

12. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Sistema de control • Controlador PI para “modocorriente” • Dispositivoencargado de implementar la estrategia de control. • Dos componentes: • Proporcional: Estabiliza al proceso. • Integral: Reduce a 0 el error en régimenpermanente. • Garantiza un tiempo de respuesta del sistema (TS) Introducción Introducción Introducción Objetivos Funcionamiento Objetivos Objetivos Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de control Sistema de control Sistema de control Resultados Resultados Resultados Conclusiones Conclusiones Conclusiones Líneas futuras Líneas futuras Líneas futuras

13. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Sistema de control • ControladorPI para “modocorriente” Referencia Introducción Introducción Introducción Objetivos Medición Objetivos Funcionamiento Objetivos Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de control Sistema de control Sistema de control Resultados Resultados Resultados Conclusiones Conclusiones Conclusiones Líneas futuras Líneas futuras Líneas futuras

14. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Sistema de control • Estrategia de controIpara “modotensión” • Se fija la tensión en bornes de las baterías (112V). • Inversor conectado a las baterías pasa a funcionar como un rectificador trifásico no controlado. Introducción Introducción Introducción Objetivos Objetivos Funcionamiento Objetivos Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de control Sistema de control Sistema de control Resultados Resultados Resultados Conclusiones Conclusiones Conclusiones Líneas futuras Líneas futuras Líneas futuras

15. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Resultados • Transición modo corriente a modo tensión • Curva de corrienteparatodo el intervalo de δ. • Respuesta del sistema Introducción Introducción Introducción Objetivos Objetivos Funcionamiento Objetivos Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de control Sistema de control Sistema de control • Intervalos de δasimétricos para carga y descarga. • IBATmax(Carga) = 42.6A e IBATmax (Descarga) = -236.15A • Potencia (Carga) = 4.2kW y Potencia(Descarga) = -21kW Resultados Resultados Resultados Conclusiones Conclusiones Conclusiones • Tiempo de respuesta del sistema (TS) = 50 ms. Líneas futuras Líneas futuras Líneas futuras

16. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Conclusiones • Convertidor DC-DC bidireccional en puentecompleto. • 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 Introducción Introducción Introducción Objetivos Funcionamiento Objetivos Objetivos Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de control Sistema de control Sistema de control Resultados Resultados Resultados Conclusiones Conclusiones Conclusiones Líneas futuras Líneas futuras Líneas futuras

17. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Líneas futuras • Continuidad de esteproyecto • Estudio de lasrelaciónes: curvadesfase (δ) – Corriente (A)Lfiltro, RP, RS y SOC • Mejora del sistema de control: Control basado en lógica difusa • Continuidadparaotrosproyectos. • Prueba del modelo de simulación en RT-LAB. • Validación experimental del proyecto (CoPER II). Introducción Introducción Introducción Objetivos Funcionamiento Objetivos Objetivos Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de potencia Sistema de control Sistema de control Sistema de control Resultados Resultados Resultados Conclusiones Conclusiones Conclusiones Líneasfuturas Líneas futuras Líneas futuras

18. CONTROL DE UN CONVERTIDOR DC-DC BIDIRECCIONAL PARA ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (COBIAE) Preguntas GRACIAS POR SU ATENCIÓN