Implementación de un control digital de potencia activa y reactiva para inversores

Esta tesis se centra en los sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica. El objetivo principal es controlar la potencia inyectada a la red desde los paneles solares, optimizando el diseño y el control de los inversores cuando se emplean como interfaz entre la red eléctrica y los sistemas fotovoltaicos para entregar energía a la red con la mejor calidad posible y según las exigencias de la red. El control del la potencia inyectada a la red no solamente incluye el control de la potencia activa, sino también la potencia reactiva. En esta tesis, se propone un algoritmo sencillo y robusto para el diseño del control del inversor conectado a la red, basado en la utilización del control digital DSPWM “Digital Sinusoidal Pulse Width Modulation”, asociado al control del desfase entre la tensión de salida del inversor y la tensión de la red. A nivel de diseño, en esta tesis se desarrollan y se analizan las limitaciones de los convertidores VSCs “Voltage Source Converters” como inversores para entregar potencia activa y reactiva a la red asegurando una óptima conexión desde los paneles solares, cuidando el funcionamiento del inversor y mejorando el factor de potencia y el contenido armónico de la corriente inyectada a la red. Desde el punto de vista del control, se ha desarrollado una nueva estrategia de control. Se propone un método de control del inversor que permite controlar no solo la corriente inyectada a la red y el factor de potencia sino que, de forma dinámica, puede reconfigurarse para cambiar el tipo de factor de potencia que se desea entregar a la red dependiendo de las necesidades de la red eléctrica. El control se basa en la utilización de un número mínimo de patrones de disparo previamente calculado y tabulado aplicado a una tensión del bus de continua constante. Actuando sobre el desfase de la tensión de salida del inversor como parámetro de control, se puede controlar la amplitud de la corriente de salida, el factor de potencia y, por lo tanto, la magnitud de la potencia entregada a la red, tanto activa como reactiva. Una de las ventajas que nos proporciona este método de control es su simplicidad en cuanto a los requerimientos de capacidad de cómputo del circuito de control y por otra parte nos permite reconfigurar el control de manera rápida y sencilla en caso de que se requiera inyectar no solo potencia activa, sino también potencia reactiva. Se analiza el comportamiento de éste método para diferentes configuraciones dentro del sistema de control global, utilizando a la salida del inversor un filtro L y un filtro LCL calculando la distorsión armónica total de la corriente para cada configuración. Se presenta el método para el seguimiento del punto de máxima potencia y la estructura de los lazos de control, así como el método seguido para calcular los reguladores y la implementación digital del control. Se presentan el controlador de corriente y el controlador de tensión del DC-bus, el modulador de fase, desarrollando un modelo de ecuaciones lineales para el diseño del controlador y se analiza la estabilidad del inversor conectado a la red eléctrica. Dentro de esta línea de investigación y para llevar a cabo el control digital del inversor, se ha realizado, en primer lugar, la implementación de las técnicas de modulación sinusoidal del ancho del pulso SPWM “Sinusoidal Pulse Width Modulation”, bipolar y unipolar, de forma digital. La implementación del modulo SPWM digital que forma parte del control del inversor se ha realizado en una FPGA “Field Programmable Gate Array” validando los resultados de simulación y experimentales. El funcionamiento del control propuesto se ha validado mediante simulaciones de los modelos promediado y conmutado del inversor con control de fase. Por último este control ha sido implementado en una FPGA y validado con los resultados de simulaciones y experimentales.------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------This thesis is focused on photovoltaic systems connected to the grid. The aim is to control the power injected into the grid from solar panels, by optimizing the design and control of inverter when are used as an interface between electrical power and photovoltaic systems, in order to deliver energy to the grid with the best quality and according to the grid demands. Injected power does not only include the control of the active power, but also the reactive power. An algorithm for design a simple and robust control of the inverter connected to the grid is proposed in this work. It is based on the digital control strategy DSPWM "Digital Sinusoidal Pulse Width Modulation", associated to the control of the phase shifting of the inverter output voltage with respect to the grid voltage. This work develops and analyzes the limitations of the converters VSCs "Voltage Source Converters" as inverters to deliver active and reactive power to the grid ensuring optimal connection from the solar panels, caring inverter operation and improving the power factor and harmonic content of the current injected into the grid. A new control strategy has been developed. The proposed control is able to control, not only the current injected into the grid, but also the power factor, with a minimum number of DSPWM patterns. Varying the power factor, within a certain range, the injected reactive power (inductive or capacitive) can be dynamically changed and controlled. The basic idea of the proposed control is to obtain a low cost and simple inverter implementation using a phase shifting strategy with a minimum number of DSPWM patterns previously calculated and tabulated (look-up table), applied to a constant DC bus voltage. Acting on the phase shift of the inverter output voltage as control parameter, the output current amplitude and the power factor can be controlled, and therefore the amplitude of the power injected into the grid, both active and reactive power. The proposed control strategy is simple and required a relatively low hardware and computational resources. The behavior of this method for different configuration within the overall control system, using the inverter output filter L and a LCL filter by calculate the total harmonic distortion of current for each configuration is analyzed. A method for maximum power point tracking and a structure of the control loop and digital implementation of the control are presented. The current controller, the voltage controller of DC-bus and the phase modulator are obtained by developing a model of linear equations for the controller design and stability analysis of the inverter connected to the grid. In this line of research and in order to carry out digital control of inverter, the bipolar and unipolar DSPWM modulation has been implemented using FPGA “Field Programmable Gate Array” platform and validated by means of simulation and experimental results. The proposed control has been validated by simulations of averaging and switched inverter model with phase control. Finally, this control has been implemented in a FPGA and validated with simulations and experimental results

Análisis comparativo de inversores fotovoltaicos de conexión a red superiores a 500kW

A lo largo de todo este siglo XXI, la energía solar fotovoltaica ha sufrido un aumento significativo, es por esto que en este proyecto analizaremos esta energía, para ser más concretos, los inversores fotovoltaicos. Como primera medida, se comenzará señalando la situación actual y futura de la energía solar fotovoltaica en todo el mundo, Europa y España. Proponiendo además nuevos materiales para la mejora del rendimiento de esta energía renovable. A continuación, se detallarán los componentes de una instalación solar fotovoltaica. Dentro de esta, nos centraremos en un tipo de instalación, la de conexión a la red eléctrica de distribución. A su vez, se expondrán los distintos parámetros y factores que afectan a los componentes de la instalación fotovoltaica. De todos los bloques que intervienen en una instalación fotovoltaica el q concierne a este proyecto por su gran importancia es el de conversión, en el cual se encuentra el inversor fotovoltaico. Para un análisis de completo de un inversor fotovoltaico, es necesario un conocimiento exhaustivo del funcionamiento del propio inversor. En el capítulo 3 se detallan las distintas topologías y control de los inversores para obtener una mejora en el rendimiento a la hora de transformar la energía y por lo tanto la optimización del sistema fotovoltaico. Además, se expone diferentes formas de mejorar el inversor, ya sea mediante diferentes filtros LCL, una conexión más fiable o simplemente el uso de un transformador. Para llevar a cabo este proyecto, se ha recopilado un total de 187 inversores mayores de 500kW de 23 empresas de todas las partes del mundo, lo cual viene detallado en el capítulo 4. Acá encontraremos un análisis de los distintos parámetros de los inversores fotovoltaicos, sobre todo respecto de sus parámetros de entrada (CC) y de salida (CA), desde su tensión máxima, corriente nominal, etc., hasta un análisis del peso de los inversores respecto de su potencia. Con todos los datos y resultados obtenidos que se realizan durante este capítulo, se llegará a una conclusión final, la cual estará descrita a continuación en el capítulo 5.Throughout all this 21st century, photovoltaic solar energy has suffered a significant increase, that is why in this project will analyze this energy, to be precise, solar inverters. As a first step, will start pointing out the current situation and future of solar energy worldwide, Europe and Spain. Also proposing new materials for the improvement of the performance of this renewable energy. Then detailing the components of a solar PV system. Within this, we focus on a type of installation, connection to the electricity distribution network. Turn, will present the various parameters and factors affecting the components of the PV system. Of all the blocks involved in a PV installation that concerning this project because of its great importance is the conversion, which is the PV inverter. For a full analysis of a PV inverter, you need a thorough understanding of the operation of the inverter itself. Chapter 3 details the different topologies and controls of inverters to obtain an improvement in performance when converting the energy and therefore the optimization of the photovoltaic system. Although, it discusses ways of improving the inverter, either through different filters LCL, a reliable connection, or simply the use of a transformer. To carry out this project, 187 inverters over 500kW have been compiled from 23 different companies from all over the world, which is detailed in Chapter 4. Here you will find an analysis of the various parameters of the PV inverters, especially with respect to its input parameters (CC) and output (CA), since its maximum voltage, rated current, etc.., up to weight analysis to inverters respect of its power. With all the data and results that are performed during this Chapter, we come to a final conclusion, which will be described below in Chapter 5.Ingeniería Técnica en Electricida

Smart Grid para integración de generación renovable y almacenamiento en un entorno industrial

En el presente Trabajo Fin de Grado, se realizará una investigación sobre las Smart Grids en cuanto a sus elementos y su alcance. Se elaborará un estudio de los convertidores electrónicos de potencia utilizados para el control de los elementos, con la finalidad de diseñar demostradores prácticos de Smart Grid en la herramienta Simulink.Departamento de Tecnología ElectrónicaGrado en Ingeniería en Electrónica Industrial y Automátic

Inversores en aplicaciones fotovoltáicas

El desarrollo de toda sociedad está ligado directamente a la disponibilidad y consumo energético. Es por esto que la utilización eficaz de la energía, así como su uso responsable, es esencial para la sostenibilidad. Mientras las nuevas fuentes de energía se desarrollan, es preciso crear medidas e incentivos para incrementar la eficiencia energética y el buen uso de la energía. El depender de fuentes de energía no renovables, tiene varias desventajas. La desigual distribución del recurso se ve limitado por su localización geográfica, lo que ocasiona conflictos geopolíticos. Por otro lado, el cambio hacia una nueva fuente de energía implica grandes cambios en infraestructuras, lo cual repercute en inmovilizar enormes cantidades de dinero. La diversificación de las fuentes de energía de origen renovable, proporciona un abanico enorme de posibilidades.Departamento de Tecnología ElectrónicaIngeniero Técnico Industrial, Especialidad en Electrónica Industria

Diseño de una huerta solar fotovoltaica con conexión a red

Treball final de Grau en Enginyeria Elèctrica. Codi: EE1045. Curs acadèmic: 2019/2020El presente proyecto tiene como finalidad la descripción y el diseño de una instalación solar fo- tovoltaica sobre suelo conectada a red de media tensión, concretamente a 20 kV y con punto de enlace en subestación eléctrica de la localidad de Villena. El huerto solar consta de una potencia instalada de 10.608 kWp, proporcionada por los paneles fotovoltaicos y una producción estima- da de 17.356.956 kWh anuales, que evitará durante su funcionamiento la emisión a la atmósfera de unas 5399 toneladas de CO2 al año. Por tanto, este proyecto contribuye a la influencia ener- gética europea de disminuir la generación de energía eléctrica procedente de fuentes de energía con materia prima no renovable. El proyecto se basa en la autorización administrativa a entregar al organismo correspondiente, de obligado cumplimiento, para la obra y puesta en marcha del proyecto. Así mismo, también tiene como objetivo académico la realización del trabajo final de grado del alumno redactor del proyecto

As Energias Renováveis na Transição Energética : Livro de Comunicações do XVII Congresso Ibérico e XIII Congresso Ibero-americano de Energia Solar

CIES2020: XVII Congresso Ibérico e XIII Congresso Ibero-Americano de Energia Solar, Lisboa, Portugal: LNEG, 3-5 Novembro, 2020.RESUMO: O CIES2020, reúne sob o lema da “As Energias Renováveis na Transição Energética”, refletindo uma conjuntura de mudança necessária e urgente em todos os sectores das nossas Sociedades, no nosso comportamento no uso da “Energia”, quer em termos individuais, nas famílias nas empresas e sobretudo na mudança de paradigma dos Sistemas Energéticos que impactam a todos os níveis, nas Cidades, nos Edifícios, nos Transportes, e onde o papel das Energias Renováveis assume um papel prioritário e principal, na luta contra as alterações climáticas, a descarbonização energética na defesa do Planeta e da sustentabilidade das futuras gerações. O CIES2020, apresentou-se com 3 tópicos principais: 1) As Energias Renováveis na Tran sição Energética; 2) As Energias Renováveis no Desenvolvimento Sustentável das Comunidades e 3) As Energias Renováveis a Sociedade e a Economia . Tentámos assim abranger todas as áreas tecnológicas das Energias Renováveis, as suas aplicações e utilizações, bem como os novos desafios futuros que estão a acontecer em termos de Inovação Tecnológica e respetivos impactos na Sociedade.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

XLIII Jornadas de Automática: libro de actas: 7, 8 y 9 de septiembre de 2022, Logroño (La Rioja)

[Resumen] Las Jornadas de Automática (JA) son el evento más importante del Comité Español de Automática (CEA), entidad científico-técnica con más de cincuenta años de vida y destinada a la difusión e implantación de la Automática en la sociedad. Este año se celebra la cuadragésima tercera edición de las JA, que constituyen el punto de encuentro de la comunidad de Automática de nuestro país. La presente edición permitirá dar visibilidad a los nuevos retos y resultados del ámbito, y su uso en un gran número de aplicaciones, entre otras, las energías renovables, la bioingeniería o la robótica asistencial. Además de la componente científica, que se ve reflejada en este libro de actas, las JA son un punto de encuentro de las diferentes generaciones de profesores, investigadores y profesionales, incluyendo la componente social que es de vital importancia. Esta edición 2022 de las JA se celebra en Logroño, capital de La Rioja, región mundialmente conocida por la calidad de sus vinos de Denominación de Origen y que ha asumido el desafío de poder ganar competitividad a través de la transformación verde y digital. Pero también por ser la cuna del castellano e impulsar el Valle de la Lengua con la ayuda de las nuevas tecnologías, entre ellas la Automática Inteligente. Los organizadores de estas JA, pertenecientes al Área de Ingeniería de Sistemas y Automática del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de La Rioja (UR), constituyen un pilar fundamental en el apoyo a la región para el estudio, implementación y difusión de estos retos. Esta edición, la primera en formato íntegramente presencial después de la pandemia de la covid-19, cuenta con más de 200 asistentes y se celebra a caballo entre el Edificio Politécnico de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial y el Monasterio de Yuso situado en San Millán de la Cogolla, dos marcos excepcionales para la realización de las JA. Como parte del programa científico, dos sesiones plenarias harán hincapié, respectivamente, sobre soluciones de control para afrontar los nuevos retos energéticos, y sobre la calidad de los datos para una inteligencia artificial (IA) imparcial y confiable. También, dos mesas redondas debatirán aplicaciones de la IA y la implantación de la tecnología digital en la actividad profesional. Adicionalmente, destacaremos dos clases magistrales alineadas con tecnología de última generación que serán impartidas por profesionales de la empresa. Las JA también van a albergar dos competiciones: CEABOT, con robots humanoides, y el Concurso de Ingeniería de Control, enfocado a UAVs. A todas estas actividades hay que añadir las reuniones de los grupos temáticos de CEA, las exhibiciones de pósteres con las comunicaciones presentadas a las JA y los expositores de las empresas. Por último, durante el evento se va a proceder a la entrega del “Premio Nacional de Automática” (edición 2022) y del “Premio CEA al Talento Femenino en Automática”, patrocinado por el Gobierno de La Rioja (en su primera edición), además de diversos galardones enmarcados dentro de las actividades de los grupos temáticos de CEA. Las actas de las XLIII Jornadas de Automática están formadas por un total de 143 comunicaciones, organizadas en torno a los nueve Grupos Temáticos y a las dos Líneas Estratégicas de CEA. Los trabajos seleccionados han sido sometidos a un proceso de revisión por pares