Desarrollo de Convertidores Electrónicos Bidireccionales de Potencia para Sistemas de Generación de Energías Renovables usando Control Predictivo

Abstract

Desarrollo de Convertidores Electrónicos Bidireccionales   de Potencia para Sistemas de Generación de Energías Renovables usando Control Predictivo Juan   F.  Tisza   C. Universidad Nacional de Ingeniería, Av. Túpac Amaru 210, Rímac, Lima, Perú Recibido el 4 de diciembre del 2018, Aceptado el 27 de diciembre de 2018 DOI: https://doi.org/10.33017/RevECIPeru2018.0018/ Resumen Este trabajo se desarrolla un convertidor electrónico bidireccional de potencia eléctrica AC/DC y se evalúan sus indicadores de rendimiento, todo este estudio en un contexto en el cual se busca incrementar la generación de fuentes de energía renovables en la matriz energética del Perú, en especial las fuentes solar y eólica. Actualmente es de particular  importancia la consolidación de la generación de energía eléctrica distribuida [1].En este escenario los  sistemas de  conversión bilateral  de  energías    DC  y AC [5] son de gran importancia ,Se  busca tener un comportamiento eficiente y con técnicas de control avanzadas  que permitan reducir las distorsiones de armónicos, así  como también tener  la robustez  ante perturbaciones y minimizar las  eventuales  inestabilidades  que se produzcan al  conectarse a las  redes públicas   de distribución eléctrica [2],(en forma cuantificada el objetivo  es tener menos  del 2% en THD, en la variable  de  interés). El desarrollo se realiza    mediante la aplicación del Control Predictivo Basado en Modelos en su versión de aplicación llamada tipo Conjunto Finito de Conmutaciones (“Finite Commutation Set” FCS), así las unidades de control de la etapa de potencia son implementadas con control   MPC-FCS. Se muestran los principales resultados obtenidos mediante herramientas de simulación (Matlab y PSIM) aplicados a estos sistemas electrónicos de potencia (Se establecen como objetivos de la investigación conseguir eficiencias eléctricas por encima del 98%). En este estudio se tiene muy en cuenta la medición de la magnitud y la dirección del flujo de potencia y energía eléctrica entre las fuentes de generación, la red, la carga y los almacenadores de energía. Se presentan los resultados más significativos que muestran los resultados y la metodología que en definitiva tiene un mejor comportamiento que los implementados con los métodos ampliamente usados como el SVPWM. Descriptores: Energías renovables, generación distribuida, convertidores electrónicos de Potencia, MPC-FCS, THD. Abstract This work develops a bidirectional electronic converter of AC/DC electric power and evaluates its performance indicators, all this study in a context in which it seeks to increase the generation of renewable energy sources in the energy matrix of Peru, especially solar and wind sources. In this scenario, the bilateral conversion systems of DC and AC energies [5] are of great importance, we seek to have an efficient behavior and with advanced control techniques that allow us to reduce harmonic distortions, as well as to have the robustness before disturbances and minimize eventual instabilities that occur when connecting to the public electric distribution networks [2], (in a quantified way, the objective is to have less than 2% in THD, in the variable of interest). The development is done through the application of Predictive Control Based on Models in its version of application called Finite Commutation Set ("Finite Commutation Set" FCS), so the control units of the power stage are implemented with MPC-FCS control. The main results obtained using simulation tools (Matlab and PSIM) applied to these electronic power systems are shown (research objectives are established to achieve electrical efficiencies above 98%). This study takes into account the measurement of the magnitude and direction of the flow of power and electrical energy between the generation sources, the grid, the load and the energy storers. The most significant results are presented, which show the results and the methodology, which, in short, performs better than those do, implemented with widely used methods such as SVPWM. Keywords: Renewable energies, distributed generation, electronic power converters, MPC- FCS, THD.