Design and Control of a Photovoltaic Distribution System Based on Modular Buck-Boost Converters

Diseño y control de un sistema de distribución fotovoltaico basado en convertidores Buck-Boost modulares

La principal aportación de esta investigación es el diseño de una topología híbrida en serie para un sistema de distribución fotovoltaico utilizando módulos convertidores Buck-Boost. Este diseño incorpora un algoritmo de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) basado en el método de perturbar y observar, controladores lineales PI y un algoritmo de gestión de energía. El diseño de los controladores se valida mediante simulación utilizando PSIM y SISOTOOL/MATLAB. El objetivo de este trabajo es conseguir el reparto de potencia activa en la red de CA mediante un lazo de control implementado con un inversor trifásico. La validación de la topología y el diseño de los controladores demuestra el seguimiento y la robustez en cuatro escenarios de prueba para las variables de estado en microrredes: condiciones de irradiancia constante y variable, lazos de protección y control de dispositivos de almacenamiento auxiliar (ASD), y reparto de potencia con la red de CA, teniendo en cuenta al mismo tiempo la dinámica del sistema de CC.

1. INTRODUCCIÓN​

Las fuentes de energía renovables no convencionales (ERNC) son necesarias para los sistemas eléctricos modernos, tanto en el Sistema Interconectado Nacional (NIS) como en las zonas no interconectadas (ZNI). Este tipo de energía es indispensable para el desarrollo económico sostenible, la reducción de gases de efecto invernadero (GEI) y la seguridad energética del sistema. “ningún fenómeno y los efectos del cambio climático tienden a ser elementos cada vez más relevantes para la planificación y operación de sistemas de energía eléctrica. Asimismo, las energías renovables contribuyen directamente al Objetivo 7 de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), el cual está relacionado con la Energía Asequible y Limpia (Swain y Karimu, 2020). Varias revisiones sobre el funcionamiento y las aplicaciones de las microrredes de CA y CC Las estrategias de modelado, modelado y control se han presentado en la literatura Shahgholian (2021); Dragiˇcevic y Li (2018); Quintero-Molina et al. (2020); Gaoet al. (2019). Una ventaja de utilizar estas redes es que brindan más confiabilidad al sistema, ya que permiten que la generación de energía se realice más cerca de los centros de carga. Aumentalacalidaddelaenergíasuministrada.Asimismo,lasmicrorredespuedenoperarendosmodos:islaynormal(conectadaalared).Considerandolavulnerabilidaddelossistemasdeenergíaeléctrica,elmodoislaproporcionaseguridadLunaet al.(2020).Las microrredes de CC tienen beneficios adicionales e incluyen etapas reducidas en las interfaces de CA-CC necesarias para cargas residenciales.

Tanto las microrredes de CA como de CC operan de forma autónoma, controlando los parámetros dentro de los límites establecidos. Sin embargo, las microrredes de CC tienen una arquitectura de control compleja, principalmente debido al equilibrio de energía instantáneo. Los factores más importantes en su diseño son la potencia de generación-carga equilibrioyestadodecargadelabatería(SOC)Hern ́andezet al.(2021).