Análisis de estabilidad y control de un sistema celda convertidor

Abstract

En el campo de las energías renovables, el uso de los generadores fotovoltaicos por medio de paneles solares, se ha difundido gracias a su fácil instalación y el poco mantenimiento que requieren posteriormente a su puesta en marcha. Sin embargo, el costo inicial de inversión y la variación de energía entregada debido a la intensidad de luz y calor, hacen a un inviable el uso de estos dispositivos para un gran segmento de la población. Una de las causas de esta problemática es la topología convertidor-inversor que se utiliza para el acoplamiento de la celda solar con la red de energía eléctrica, [1]. Usualmente, un sistema fotovoltaico se compone de celdas solares, un banco de baterías, un convertidor DC, un inversor y un controlador, [2]. Ya que estos tres últimos determinan el desempeño del sistema, resulta indispensable estudiar la dinámica in mersa como sistema acoplado. Asimismo, la electrónica de potencia juega actualmente un papel estratégico debido a los requisitos en el ahorro de energía, la utilización de fuentes de energías renovables y el aseguramiento de la disponibilidad de energía en el futuro, [3]. Sin embargo, las energías producidas por cada una de las fuentes renovables requieren de un control ya que pueden presentar grandes variaciones en voltaje de entrada y tipo de carga conectada al sistema, [4, 5]. Una de las herramientas que se han utilizado para el análisis y control en la variabilidad de la energía entregada, son los sistemas dinámicos, [6, 7]. En particular, a partir de ecuaciones diferenciales se puede modelar el comportamiento de cada uno de los convertidores involucrados en un sistema electrónico de potencia, [8] y es que son ´estos los que permiten tomar decisiones acerca de las leyes de control que mantienen estable su comportamiento. La electrónica de potencia es la disciplina que se encarga de la conversión de energía eléctrica utilizando interruptores y dispositivos que almacenan energía con la finalidad de obtener la mayor eficiencia posible. La filosofía de esto yace en disminuir la cantidad de componentes que disipan energía en forma de calor. Bajo esta ideología, se han construido circuitos cuya dinámica viene dada por un sistema de ecuaciones diferenciales lineales discontinuas. Ante la problemática de la complejidad que implica el estudio de estos sistemas bajo técnicas tradicionales de ecuaciones diferenciales, se ha optado por modelar estos circuitos usando como variables de estado el valor promedio de los voltajes y corrientes de los dispositivos reactivos (capacitores e inductores). De esta forma se obtiene un sistema de ecuaciones diferenciales no lineales promediado, el cual puede ser estudiado usando la teoría geométrica. En esta tesis se utilizarán estas técnicas para modelar un circuito convertidor, y diseñar leyes de control.