1. CONVERTIDOR MULTI-PROPÓSITO CON APLICACIÓN EN
REDES HÍBRIDAS INTELIGENTES DE GENERACIÓN
ELÉCTRICAA PARTIR DE FUENTES RENOVABLES.
Amoedo, P.; Schmittendorf, E.; Vazquez Sieber, A.; Alba, D.
Laboratorio de Automatización y Control (LAC). Departamento de Control.
Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura (FCEIA), UNR.
Contacto: pablo.amoedo@estudios-electricos.com
X Jornada CyT UNR – 26 de Octubre de 2016
PROYECTO:
- PICT 2012-2471 : “Diseño, Gestión y Control basados en Modelos Matemáticos de Redes Eléctricas Inteligentes con Generación Híbrida Eólica y Solar-Fotovoltaica
y Almacenamiento de Energía y Potencia.” (2013-2016)
Resumen – Se presenta a continuación un convertidor electrónico conmutado
con aplicación directa a redes híbridas de energía que involucran elementos
de generación eléctrica a partir de energías renovables no convencionales
(ERNC). Lo novedoso del equipo desarrollado radica en su carácter de
múltiple aplicación, es decir, la utilización de un mismo convertidor para
llevar a cabo los distintos tipos de conversión eléctrica que se llevan a cabo en
una red eléctrica híbrida.
I. GENERACIÓN ELÉCTRICA EN REDES HÍBRIDAS
Es un nuevo y moderno enfoque
para la generación de energía eléctrica.
La estructura de este tipo de redes
eléctricas incluye elementos de
generación a partir de fuentes de ERNC
(como paneles fotovoltaicos y aero-
generadores), de almacenamiento (como
baterías o celdas de combustible) y
generadores eléctricos convencionales
de pequeño y mediano tamaño.
La conversión de energía eléctrica a
partir de un convertidor electrónico se
vuelve necesaria por la existencia
simultánea de fuentes de corriente
continua (CC) y de corriente alterna
(CA), lo que impide la directa
interconexión entre ellas. A esto se
suma que las magnitudes eléctricas
involucradas son función directa de las
condiciones ambientales actuales
(irradiación solar y temperatura para los
paneles fotovoltaicos, viento en el caso
de aerogeneradores), las cuales son imprevisibles y de naturaleza altamente
variable, lo que dificulta aún más la vinculación entre éstos elementos.
La utilización de convertidores electrónicos presenta además una gran ventaja:
el control total del flujo de potencia desde/hacia el elemento al que se encuentra
conectado.
II. PROTOTIPO DESARROLLADO
La Figura 2 muestra una fotografía del prototipo desarrollado, el cual se
encuentra montado sobre un disipador de aluminio que permite la disipación de
potencia causada por las pérdidas de los transistores que componen el puente.
Figura 2 – Vista superior del convertidor desarrollado
III. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
• Tipo de convertidor: Puente trifásico modulado por ancho de pulso
• Tecnología: Transistor bipolar de compuerta aislada (IGBT)
• Frecuencia de la señal moduladora: entre 5 y 20kHz, definida por el usuario.
• Modos de operación:
• Boost trifásico (CC-CC)
• Rectificador trifásico PWM (CA-CC)
• Inversor trifásico PWM (CC-CA)
• Corriente máxima de salida (por fase): 13,75ARMS
• Rango de tensión de trabajo del Bus de CC: 100V - 350V
• Comunicación USB y CAN.
• Interface para conexión de encoder QEP para control de máquinas rotantes.
IV.CONFIGURACIONES DEL CONVERTIDOR
A continuación se presentan las distintas configuraciones de trabajo en las
que puede operar el convertidor desarrollado. La operación en un modo u otro
dependerá del software cargado en el microprocesador. Según la aplicación, podrá
requerirse la conexión de componentes pasivos adicionales, como inductancias y/o
capacitores.
Figura 3 – Modo de operación como rectificador trifásico controlado.
Figura 4 – Modo de operación como convertidor Boost.
Figura 5 – Modo de operación como inversor (drive) para control de motores.
Figura 6 – Modo de operación como inversor grid-connected.
V. RESULTADOS
Se verificó la completa operatividad del convertidor mediante la utilización
del mismo como drive para un motor de inducción de 2 HP, modo de operación
que fuera presentado en la Figura 5. El eje del motor de inducción gira solidario a
otro motor de inducción, estando éste último alimentado por un variador de
velocidad SIEMENS. Esta configuración, que se muestra a continuación, permite
cargar al conjunto convertidor – motor de inducción mediante la aplicación de un
torque controlado por el variador de velocidad SIEMENS.
La Figura 7 muestra la evolución de la corriente en tal condición de operación
del convertidor. Se representa también en la misma Figura la señal realimentada al
microprocesador, la cual resulta una versión escalada de la corriente de salida del
inversor. Esta señal resulta clave para el control a lazo cerrado del convertidor.
Tensión vR(t)
Corriente iR(t)
Corriente iR(t)
Medición de
corriente iR(t)
Figura 7 – Oscilografías obtenidas durante las pruebas de operatividad del convertidor.
Figura 1 – Estructura de una red híbrida