Metodologías de diseño conjunto de controladores y algoritmos MPPT para sistemas fotovoltaicos

Esta tesis doctoral presenta técnicas de control orientadas a incrementar la extracción de energía generada por los sistemas fotovoltaicos. La primera parte de este trabajo presenta un análisis de los algoritmos “Perturbar y observar”, y “conductancia incremental”, analizando sus condiciones de diseño y limitaciones de estos algoritmos de búsqueda del punto de máxima potencia. Asimismo, se realiza un modelado matemático del convertidor dc/dc tipo boost y se revisan los principios básicos para diseñar controladores en modos deslizantes. Esta técnica de control se seleccionó debido a la robustez y estabilidad global que ofrece. En la segunda parte del trabajo se presenta el diseño de un controlador en modos deslizantes basado en la medición de la corriente del inductor, en cascada con un algoritmo “Perturbar y observar” (P and O) y un regulador de voltaje, el cual evita colapsos en el sistema debido a las caídas en la irradiación solar. Para el diseño del regulador de voltaje se aplican dos técnicas de control adaptativas: la primera técnica diseñada es un control por modelo de referencia, el cual asegura una dinámica constante para todo el rango de operación, garantizado así un tiempo de establecimiento constante, para asegurar la estabilidad del P and O. La segunda técnica diseñada es un controlador PI auto-ajustable, el cual permite ajustar el tiempo de perturbación del algoritmo perturbar y observar sin constreñirse a la condición más restrictiva, i.e. la irradiación más baja, garantizando así una respuesta rápida del sistema fotovoltaico mediante la reducción del tiempo de perturbación del algoritmo P and O. Con estas soluciones se logra acelerar el seguimiento del punto de máxima potencia, y al mismo tiempo, garantizar la estabilidad del sistema, incrementando de esta manera la cantidad de energía producida. El tercer método de diseño provee una solución con una única etapa de control, la cual realiza el seguimiento del punto de máxima potencia de una manera rápida y precisa. Este enfoque evita la dependencia circular en el diseño clásico de controladores en cascada, usados para optimizar el funcionamiento del sistema fotovoltaico, y al mismo tiempo reduce el número de controladores y evita el uso de modelos linealizados. Estas características proporcionan estabilidad global en todo el rango de operación y reducen la complejidad y coste en la implementación del sistema. Finalmente, esta tesis analiza los inconvenientes de implementación clásica de los controladores en modos deslizantes basadas en frecuencia variable. Asimismo, se presenta una nueva metodología de implementación, a frecuencia fija, para controladores en modos deslizantes aplicados a sistemas fotovoltaicos. Está metodología es aplicable a superficies de deslizamiento de primer orden. Las soluciones propuestas son evaluadas usando simulaciones realistas con perturbaciones tanto en la radiación solar como en el voltaje de la carga. Asimismo, se reportan experimentos en un prototipo de laboratorio

• Autores: Ortiz Valencia, Paula Andrea
• Tipo de recurso: Doctoral thesis
• Fecha de publicación: 2017
• Institución: Universidad Nacional de Colombia
• Repositorio: Universidad Nacional de Colombia
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.unal.edu.co:unal/64171
• Acceso en línea: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/64171; http://bdigital.unal.edu.co/65003/
• Palabra clave: 62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering; Sistemas fotovoltaicos; Control adaptativo; Control por modos deslizantes; Convertidor dc/dc; Seguimiento del punto de máxima potencia; Photovoltaic systems; Adaptive control; Sliding Mode Control; DC/DC converter; Maximum power point tracking
• Rights: openAccess
• License: Atribución-NoComercial 4.0 Internacional