Simulación de un inversor trifásico conectado a red desde paneles fotovoltaicos y diseño de su control

González Pacheco, Candela (2018). Simulación de un inversor trifásico conectado a red desde paneles fotovoltaicos y diseño de su control. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM), Madrid.

Descripción

Título: Simulación de un inversor trifásico conectado a red desde paneles fotovoltaicos y diseño de su control
Autor/es:
  • González Pacheco, Candela
Director/es:
  • Oliver Ramirez, Jesús Ángel
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Febrero 2018
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

La creciente preocupación por el medioambiente y la contaminación ha generado una mentalidad que aboga por un desarrollo medio-ambiental sostenible, forzando la investigación y la mejora de las energías renovables. La energía solar se puede considerar la base de las energías renovables ya que se considera al sor como el origen del resto de recursos utilizado para energías renovables. Aunque el desarrollo no haya sido enorme, la energía solar cada vez tiene más peso en el mercado de la electricidad y supone el futuro junto el resto de energías renovables. Por ello, se encuentra en constante investigación y evolución para mejorar su eficiencia, pues actualmente ronda el 30%. Para el buen aprovechamiento de la energía procedente del Sol no es sólo importante el panel fotovoltaico, sino que también lo son los elementos que le permiten conectarse a la Red. Uno de los elementos más importante es el del inversor trifásico de potencia que transforma la corriente continua en corriente alterna. El desarrollo de los inversores ha ido de la mano de los materiales semiconductores, pues es la base de estos elementos. Un inversor trifásico consiste en seis transistores colocados en paralelo de dos en dos que genera tres tensiones con forma sinusoidal con valores de pico la mitad de la tensión que se encuentra a la entrada del inversor. Existen diferentes tipos, pero el utilizado en este trabajo es el modulado por PWM. El control de este tipo de inversor consiste en mantener constante la tensión de la entrada y que el PWM varíe el ciclo de trabajo nos permite modular la onda de salida tanto su amplitud como su wt. Para el control se ha escogido un control basado en la transformación DQ. Esta transformación consiste en realizar en primer lugar una transformación ab. Lo que hace esta primera transformación es proyectar los vectores de tensión e intensidad trifásicos sobre el plano ab mediante la siguiente matriz. La segunda transformación consiste en, una vez que se está en este plano y sólo se manejan los vectores de dos dimensiones, crear unos ejes móviles que giren a la velocidad de la Red, a ????. Esta transformación se realiza gracias a la siguiente matriz. Si se quiere pasar directamente de las tres dimensiones a DQ la matriz de transformación sería la siguiente. Es por esto que la primera parte del control consiste en pasar la tensiones y corrientes a DQ y sincronizar la tensión con el PLL. Esto se realiza para que la componente Vq sea igual a 0 y Vd a 1 constantemente. Entonces, para controlar la potencia que se aporta a la Red sólo se tiene que controlar la variación de la intensidad. Además, se pasará estas variables a pu. Los objetivos del control diseñado son el de aportar la mayor potencia activa que se pueda a la Red y la potencia reactiva demandada por esta. El valor de la Q demandada será introducido manualmente con un escalón. Como se ve en el cuadrante superior izquierdo de la figura lo primero que se hace es comparar la tensión Vdc medida con la de referencia (V*dc=500V), así se consigue el error, que se pasa a pu y llega a un PI cuyo objetivo es que este error se haga 0. Esto se consigue controlando la componente Id de la corriente, por lo que del PI se obtiene una intensidad de referencia (I*d). El propósito de este regulador es el de mantener constante la tensión de entrada al inversor para poder aportar a la red la máxima potencia activa posible. Por otro lado, en el cuadrante inferior izquierdo lo que se hace es que se compara la potencia reactiva con la de referencia. La ??* sería la que nos demandara la red, en este caso el valor va a ser introducido por nosotros a través de un escalón en t=0,25seg, para dar tiempo a que se estabilice la simulación. El error obtenido se pasa a pu antes de llegar al PI cuya función es eliminar este error para que la potencia reactiva que se está produciendo sea la requerida. De la salida del PI se obtiene la componente de referencia q de la corriente (I*q). Una vez que se tiene I*dq se llevan a los PI que se encargan el control en corriente que se encargan de ajustar la corriente a la necesaria para mantener constante ??AB y para dar la Q demandada. Para esto se genera unas tensiones de referencia (V*dq). Esto se suma al resto de tensiones según las siguientes ecuaciones obteniendo la tensión a la salida del inversor. Ahora, se introduce Vdq,inv junto con ???? en otro bloque que se explicará después que nos da la tensión de referencia (Uabc,ref) que se quiere que el PWM nos module la tensión que se quiere que sea generada por el inversor. Como se ha visto en la explicación, el control cuenta con tres PIDs. Los anchos de banda obtenidos de los reguladores han sido los siguiente. El del control de corriente es de 330Hz que supone que es más 75% más lento que el PWM. Los controles de Vdc y Q tienen que ser más lentos que el anterior para que le pueda dar tiempo a regularse antes de cambiar de valor. El ancho de banda del control Vdc es de 76,6Hz y el de Q de 45,7Hz. Una vez que se ha terminado el diseño del control en Simulink se va a comprobar si se han alcanzado lo objetivos deseados. Como norma general se aprecia en todas las gráficas una inestabilidad hasta t=0,1seg generada probablemente por la adaptación del PLL al seguimiento de la frecuencia de la red. Para comprobar el buen funcionamiento del control de la tensión de entrada se comprueba si el valor se mantiene en 500V. Como se ve la máxima desviación que experimenta el control es de un 1%. El siguiente de los objetivos es el de aportar a la Red la mayor potencia activa que se pueda. La potencia activa se encuentra directamente relacionada con la irradiación. A mayor irradiación, mayor potencia activa y viceversa. Por lo tanto, se necesita que la potencia activa siga la misma forma que la de la irradiación. Como se puede comprobar el control es bastante bueno ya que la forma de ambas gráficas es prácticamente la misma. Por último, se comprueba si se es capaz de proporcionar a la Red la potencia reactiva que nos demanda. Se ha puesto un escalón con retraso como entrada para que la inestabilidad inicial que tiene el control nos afecte a la hora de analizar el funcionamiento de este control. Como se ve en la gráfica posterior el seguimiento es excelente, el tiempo en estabilizarse en el nuevo valor es de 0,001seg y la desviación máxima que se encuentra es de un 2%. Para un futuro, se podría diseñar un control que no sólo aportara la máxima potencia a la red, sino que proporcionara la demandada por esta. Por ejemplo, si la Red estuviera saturada que no se aportara nada de potencia. Sin embargo, a nivel global se podría decir que el diseño del control está bien realizado y que cumple con los objetivos propuestos.

Más información

ID de Registro: 50385
Identificador DC: http://oa.upm.es/50385/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:50385
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 20 Abr 2018 16:57
Ultima Modificación: 20 Abr 2018 16:57
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