INVESTIGADOR(ES) PRINCIPAL(ES):

Karol Daniela López Rodríguez

0 horas

CODIGO CIE

E6-18-8

Andrés Escobar Mejía

Tutor

0 Horas

TIPO DE CONVOCATORIA

2017. Estudiantes De Posgrado

TIPO DE PROYECTO

Investigación Aplicada

OBJETIVO(S)

Objetibo general: Diseñar e implementar un controlador en lazo cerrado para regular el flujo de potencia en un DAB. Objetivos específicos: 1) Realizar una revisión del estado del arte del SST y de las metodologías de control utilizadas para las diferentes etapas del mismo. 2) Modelar el DAB del SST. 3) Implementar uno de los controladores encontrados en la literatura sobre el modelo del DAB. 4) Diseñar un controlador para regular el flujo de potencia en el DAB de un SST. 5) Simular en software especializado el controlador en lazo cerrado. 6) Implementar el controlador para el prototipo del transformador. 7) Realizar pruebas de laboratorio para la validación del diseño.

RESUMEN

Las micro-redes se han conceptualizado como un modelo integrado de red eléctrica, en el cual intervienen de forma acoplada la generación distribuida y el almacenamiento de energía a partir del uso de las telecomunicaciones, con el fin de modernizar la arquitectura tradicional de los sistemas eléctricos para aumentar la eficiencia y confiabilidad de los mismos. Esta actualización en las redes de distribución hace imperativo el uso de los avances tecnológicos en la electrónica de potencia, teniendo en cuenta la necesidad de los convertidores estáticos para la integración de fuentes de generación de energía limpia a la red. En este contexto, emerge el concepto de transformador de estado sólido o Solid State Transformer (SST), con el principal objetivo de reemplazar el transformador convencional de baja frecuencia (i.e., 50/60Hz) con uno de alta frecuencia (mayores 1 kHz) conectado a través de convertidores estáticos, ofreciendo la misma funcionalidad con mejores características físicas, como la reducción en peso y tamaño, además de presentar ventajas como la gestión inteligente de la energía, corrección del factor de potencia o establecer la conexión de fuentes de energía renovable al sistema. La posibilidad de disponer de las ventajas del SST, depende altamente de un adecuado control en el flujo de potencia en el puente dual activo o Dual Active Bridge (DAB) que es el componente fundamental del mismo. Es por esta razón, que la presente propuesta de investigación pretende desarrollar una estrategia de control que permita regular la tensión de salida en el DAB, de tal forma que cualquier perturbación en la entrada no afecte el flujo de potencia en el SST. Dicha estrategia pretende ser implementada en un prototipo de DAB de 10kV/10kHz existente en el Laboratorio de Electrónica de Potencia, y que fue el resultado del proyecto ¿Diseño y construcción de un convertidor dc-dc para un transformador inteligente¿. Inicialmente se realizará el diseño del controlador teniendo en cuenta la dinámica de funcionamiento de cada una de las etapas presentes del SST, luego se realizará la simulación del controlador en lazo cerrado y finalmente se efectuará la implementación física con el fin de efectuar pruebas de laboratorio. Mediante la ejecución de este proyecto, se pretende resaltar la importancia de la electrónica de potencia en la actualización de las redes de distribución, además de realizar un aporte sustancial en el desarrollo de uno de los elementos que permite la integración de generación distribuida a las micro-redes, que son el modelo futuro de los sistemas eléctricos en Colombia y el mundo.

SÍNTESIS DEL PROYECTO

The interest in updating electrical networks and the possibility of having power semiconductor devices with better features (e.g., reliability and efficiency) have encouraged the production of elements, such as a Solid-State Transformer (SST). The SST is one of the determining elements of the smart grid since it has the functionalities of a conventional transformer and allows an appropriate integration of distributed generation sources, loads, and energy storage devices with the traditional power grid, in addition to having system functionality advantages such as unity power factor, mitigation of sags and swells, improving system efficiency and quality, and allowing a bidirectional flow of power. For this reason, the SST could replace the traditional transformer, considering the advantages it offers functional and physicals (less weight and volume). The intelligent energy management of an SST in a smart grid is feasible through the regulation of the power flow in its central device so-called Dual Active Bridge (DAB), which due to its topology (two half-bridge and a high-frequency link) make possible the bidirectionally on the power flow and permit the interconnection of renewable sources and other elements dc into a smart grid, and that in this way the advantages of SST can be made available within a power system. Hence, this work focuses on proposing a current controller based on Proportional-Integral (PI) passivity that regulates the power flow bidirectionally in a DAB. The proposed controller guarantees the system¿s stability in a closed-loop, maintaining its passive properties. In addition, this controller preserves the simplicity of a PI control with high performance and robustness, where its control law is simple and does not depend on the converter¿s parameters.The performance and effectiveness of the proposed controller are validated and compared with a conventional PI controller, through Matlab/Simulink detailed simulations and experimental implementation on a real DAB prototype, under different variations of power flow, including bidirectional power flow. The results show that the proposed controller has a better performance than the classic PI controller since the overshoots, the settling time, and the steady-state error of the output current were decreased when the proposed approach was implemented.

ESTADO

Concluido

FECHA DE INICIO

22/01/2018

FECHA DE FINALIZACION

22/01/2019

FECHA DE FIN(PRÓRROGA)

22/10/2021

PRODUCTOS

Design and Implementation of a Passivity-Based Controller to Regulate the Power Flow in a DAB of a SST.

Proyecto de grado

"Design and Implementation of a PI-PBC to Manage the bidirectional Power Flow in a DAB of an SST

Artículo en revista indexada

Passivity-Based Current Control of a Dual-Active Bridge to Improve the Dynamic Response of a Solid-State Transformer During Power and Voltage Variations

Circulación de conocimiento especializado

Passivity-Based Current Control of a Dual-Active Bridge to Improve the Dynamic Response of a Solid-State Transformer During Power and Voltage Variations

Artículo en revista indexada

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