Análisis de un convertidor DC/DC destinado al almacenamiento híbrido de energía

Ramos Flores, Cristina (2017). Análisis de un convertidor DC/DC destinado al almacenamiento híbrido de energía. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Análisis de un convertidor DC/DC destinado al almacenamiento híbrido de energía
Author/s:
  • Ramos Flores, Cristina
Contributor/s:
  • Lafoz Pastor, Marcos
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Date: July 2017
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

En este Trabajo de Fin de Grado se han realizado tareas que suponen el diseño del convertidor electrónico de potencia que será empleado para estudiar la hibridación de sistemas de almacenamiento basados en baterías y supercondensadores para ser utilizados en sistemas de generación renovable híbridos conectados a redes aisladas o débiles. Un esquema de dichos sistemas de almacenamiento y generación se ha representado en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.. Se enmarca dentro del código UNESCO 3306.02 Aplicaciones Eléctricas. El sistema de almacenamiento híbrido consta de unas baterías y de un conjunto de supercondensadores. La ventaja de este tipo de almacenamiento frente a un almacenamiento convencional basado únicamente en baterías es que los supercondensadores absorben los picos de potencia amortiguando las oscilaciones de potencia generada renovable y alargan la vida de las baterías que no están diseñadas para soportar de manera continuada ciclos de carga y de descarga. Estas oscilaciones de potencia son típicas de las energías renovables, en especial de la energía eólica. El objetivo o tarea principal de este proyecto es estudiar el modo de funcionamiento óptimo de un convertidor DC/DC bidireccional que permita la descarga/carga del sistema de almacenamiento y, a continuación, estudiar las pérdidas en dicho convertidor en base a un dispositivo real. Se ha tomado como punto de partida el estudio del. convertidor DC/DC. En especial, los diferentes tipos de control del mismo y los distintos tipos de modos de funcionamiento: modo continuo, su límite a modo discontinuo, el modo discontinuo y su relación con el valor de la inductancia crítica. Se ha expuesto el funcionamiento del convertidor DC/DC elevador, el reductor, el reductor-elevador y por último el convertidor DC-DC bidireccional. Centrándose en este último se han estudiado y calculado teóricamente los elementos de potencia del convertidor (inductancia y condensador) para reducir el rizado de la corriente que circula por el sistema de almacenamiento, trabajando el convertidor en un modo de funcionamiento u otro: continuo o discontinuo. A continuación, se han estudiado las posibles topologías del convertidor DC/DC bidireccional empleando la herramienta Simulink de MATLAB. Dentro de esta tarea se ha desarrollado un modelo que permite la simulación del comportamiento de un convertidor DC/DC bidireccional con interleaving de tres ramas para reducir el rizado de la corriente que circula por los sistemas de almacenamiento. Asimismo, se analizan los resultados de simulación empleado un postprocesado en MATLAB de la configuración de elementos propuesta analizando la transformada de Fourier y comparándose la amplitud y la cantidad de armónicos de la corriente que circula por los sistemas de almacenamiento. Posteriormente, se ha trabajado en el diseño y cálculo de pérdidas del convertidor. Para ello se ha empleado la herramienta SemiSel del fabricante de elementos de potencia SEMIKRON. Dicha herramienta proporciona una lista de módulos que se adaptan a unos parámetros introducidos por el usuario y posteriormente tanto los elementos de potencia (IGBTs) como los disipadores y elementos de refrigeración necesarios para el convertidor. Se ha seguido el proceso de selección y dimensionado del convertidor empleando SemiSel, definiendo una solución de elementos comerciales, cumpliendo con las especificaciones técnicas (térmicas, geométricas y eléctricas), para la construcción del convertidor. Se han analizado distintas combinaciones de convertidor y disipador de la lista de dispositivos propuestos hasta hallar una configuración válida. Por último, se ha concluido el proyecto calculando las pérdidas del convertidor propuesto empleado la herramienta de cálculo de pérdidas que tiene el programa SemiSel. Asimismo, se ha realizado un análisis de sensibilidad calculando la evolución de las pérdidas del convertidor propuesto en función de los parámetros de funcionamiento del convertidor. En concreto se ha estudiado las pérdidas en los diodos y en los IGBT en función del ratio de tiempo de conducción del diodo de libre circulación, un parámetro que permite regular el modo de conducción. La metodología presentada en este trabajo pretende diseñar un convertidor electrónico, seleccionando los semiconductores más adecuados, el modo de operación más conveniente y el cálculo de las pérdidas, todo ello para una aplicación determinada.

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Item ID: 48060
DC Identifier: http://oa.upm.es/48060/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:48060
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 10 Oct 2017 06:42
Last Modified: 10 Oct 2017 06:42
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