Control predictivo aplicado a convertidores DC-DC basado en electrónica de potencia para soporte de tensión en una microrred DC
Este trabajo presenta una estrategia de control de corriente digital predictivo para regular el voltaje de salida de los convertidores reductor y elevador DC-DC que alimenta una corriente de carga DC desconocida. El control propuesto incluye un controlador PI para calcular la referencia de corriente...
- Autores:
-
Muñoz Embus, Maria Paz
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2023
- Institución:
- Universidad Tecnológica de Pereira
- Repositorio:
- Repositorio Institucional UTP
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.utp.edu.co:11059/14930
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/11059/14930
https://repositorio.utp.edu.co/home
- Palabra clave:
- 620 - Ingeniería y operaciones afines::621 - Física aplicada
Sistemas de energía eléctrica
Energía renovable en microrredes
Optimización en sistemas de potencia
Convertidores reductor
Convertidor elevador
Control predictivo de corriente digital
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- openAccess
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- Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
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Este trabajo presenta una estrategia de control de corriente digital predictivo para regular el voltaje de salida de los convertidores reductor y elevador DC-DC que alimenta una corriente de carga DC desconocida. El control propuesto incluye un controlador PI para calcular la referencia de corriente del inductor en función del error entre el voltaje deseado y el medido. Además, se implementan dos observadores para estimar la corriente de carga DC y el voltaje de entrada de los convertidores para garantizar la convergencia a los valores reales.Con el objetivo de realizar las simulaciones para analizar el comportamiento del controlador en los convertidores se realiza el modelado matemático de los convertidores reductor y elevador a través de las leyes de circuito de Kirchhoff. Después de tener el modelo de los convertidores, el diseño del controlador y los parámetros de los observadores se realizan las simulaciones numéricas utilizando MATLAB/Simulink, donde se hacen diferentes cambios en la entrada de los convertidores, en la primera prueba se varía la corriente de carga DC y en la segunda y tercera prueba se varía nuevamente la corriente de carga DC y la tensión de entrada del convertidor. Por último, se presentan las conclusiones y los resultados más importantes obtenidos en el trabajo. |
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[1] Marco Liserre, Thilo Sauter, and John Y Hung. Future energy systems: Integrating renewable energy sources into the smart power grid through industrial electronics. IEEE industrial electronics magazine, 4(1):18–37, 2010. [2] ENEL. ¿cu´ales son los beneficios de la energ´ıa renovable?, 2018. Accedido en (24 septiembre 2023). [3] Xiaodong Liang. Emerging power quality challenges due to integration of renewable energy sources. IEEE Transactions on Industry Applications, 53(2):855–866, 2016. [4] RN Colvile, Emma Jane Hutchinson, JS Mindell, and RF Warren. The transport sector as a source of air pollution. Atmospheric environment, 35(9):1537–1565, 2001. [5] Muhammad Hammad Saeed, Wang Fangzong, Basheer Ahmed Kalwar, and Sajid Iqbal. A review on microgrids challenges & perspectives. IEEE Access, 9:166502 166517, 2021. [6] Satyavarta Kumar Prince, Kaibalya Prasad Panda, RT Naayagi, P Sanjeevikumar, Baseem Khan, Shaik Affijulla, and Gayadhar Panda. 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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 dehttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessGil González, Walter JuliánMuñoz Embus, Maria Paz2024-02-05T16:02:33Z2024-02-05T16:02:33Z2023https://hdl.handle.net/11059/14930Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Institucional Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeEste trabajo presenta una estrategia de control de corriente digital predictivo para regular el voltaje de salida de los convertidores reductor y elevador DC-DC que alimenta una corriente de carga DC desconocida. El control propuesto incluye un controlador PI para calcular la referencia de corriente del inductor en función del error entre el voltaje deseado y el medido. Además, se implementan dos observadores para estimar la corriente de carga DC y el voltaje de entrada de los convertidores para garantizar la convergencia a los valores reales.Con el objetivo de realizar las simulaciones para analizar el comportamiento del controlador en los convertidores se realiza el modelado matemático de los convertidores reductor y elevador a través de las leyes de circuito de Kirchhoff. Después de tener el modelo de los convertidores, el diseño del controlador y los parámetros de los observadores se realizan las simulaciones numéricas utilizando MATLAB/Simulink, donde se hacen diferentes cambios en la entrada de los convertidores, en la primera prueba se varía la corriente de carga DC y en la segunda y tercera prueba se varía nuevamente la corriente de carga DC y la tensión de entrada del convertidor. Por último, se presentan las conclusiones y los resultados más importantes obtenidos en el trabajo.This work presents a predictive digital current control strategy to regulate the output voltage of DC-DC buck and boost converters that supply an unknown DC load current. The proposed control includes a PI controller to calculate the inductor current reference based on the error between the desired and measured voltage. Additionally, two observers are implemented to estimate the DC load current and the input voltage of the converters to ensure convergence to real values. To analyze the controller's behavior in the converters, mathematical modeling of the buck and boost converters is performed using Kirchhoff's circuit laws. After obtaining the converter models, the controller design and observer parameters are simulated numerically using MATLAB/Simulink. Different changes in the converter inputs are made during simulations, where the first test varies the DC load current, and the second and third tests vary both the DC load current and the converter's input voltage. Finally, conclusions and the most important results obtained in the study are presented.´ Indicegeneral Resumen iii ´ Indicegeneral v ´ Indicedetablas vi ´ Indicedefiguras viii 1. Introducci´ on 1 1.1. Planteamientodelproblema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2. Justificaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3.1. Objetivogeneral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3.2. Objetivosespec´ ıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.4. Estadodelarte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.5. Estructuradeltrabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.Modeladodin´ amicodelosconvertidoresDC-DC 9 2.1. Modelodin´amicodelconvertidorreductor . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2. Modelodin´amicodelconvertidorelevador . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3. Descripci´ ondelcontrolador 14 3.0.1. Controlpredictivodecorrientedigital . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.1. Dise˜ nodelcontrolgeneralparaelconvertidorreductor . . . . . . . . . 15 3.1.1. C´alculodelacorrientedereferenciai⋆ . . . . . . . . . . . . . . 16 3.1.2. Observadoresimplementados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.2. Dise˜ nodelcontrolgeneralparaelconvertidorelevador . . . . . . . . . 19 3.2.1. C´alculodelacorrientedereferenciai⋆ . . . . . . . . . . . . . . 20 iv ´ INDICEGENERAL v 3.2.2. Observadoresimplementados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.2.3. LazodecontrolPIencascada: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4. Sistemadeprueba,aplicacionesyresultados 25 4.1. SistemadepruebadelconvertidorReductor . . . . . . . . . . . . . . . 26 4.1.1. Prueba1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4.1.2. Prueba2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.1.3. Prueba3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.2. SistemadepruebadelconvertidorElevador . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.2.1. Prueba1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.2.2. Prueba2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.2.3. Prueba3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5. Conclusionesytrabajosfuturos 36 5.1. Conclusiones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 5.2. Trabajosfuturos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Bibliografía 43PregradoIngeniero(a) Electricista55 Páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería EléctricaFacultad de Ingenierías620 - Ingeniería y operaciones afines::621 - Física aplicadaSistemas de energía eléctricaEnergía renovable en microrredesOptimización en sistemas de potenciaConvertidores reductorConvertidor elevadorControl predictivo de corriente digitalControl predictivo aplicado a convertidores DC-DC basado en electrónica de potencia para soporte de tensión en una microrred DCTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis[1] Marco Liserre, Thilo Sauter, and John Y Hung. Future energy systems: Integrating renewable energy sources into the smart power grid through industrial electronics. 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 deopen.accesshttps://dspace7-utp.metabuscador.orgRepositorio de la Universidad Tecnológica de Pereirabdigital@metabiblioteca.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