Control de convertidores de potencia para un sistema híbrido de almacenamiento de energía en aplicaciones de microrredes residenciales

Abstract

Among the hybrid energy storage systems, we have the battery-ultracapacitor systems in active topology that use DC-DC power converters for their operation. Hybrid storage systems are part of the set of solutions designed to improve the power systems of the future in different applications. Taking the application to residential microgrids, a multilevel control system is required to manage the available energy and interactions among the microgrid components. For this purpose, a rule-based power management system was designed, its operation was validated in simulation, and the performance of different controllers was compared to select the best strategy to be used in the DC-DC converters. The average current control with internal model principle was proposed as the most suitable controller according to the contemplated performance parameters, which allows having voltage regulation values close to 1 %. With this result, the system was implemented in Hardware in-the-loop using an OPAL-RT®, validating the correct functioning of the energy management system and the performance of the selected controller. These systems can be taken to a laboratory implementation to extract real results and be easily adjusted for other applications such as electric vehicles.

Dentro de los sistemas híbridos de almacenamiento de energía se encuentran los sistemas bateríaultracapacitor en topología activa, los cuales emplean convertidores de potencia DC-DC para sufuncionamiento. Los sistemas de almacenamiento híbrido hacen parte del conjunto de soluciones planteadas para mejorar los sistemas de potencia del futuro en diferentes aplicaciones. Tomando la aplicación a microrredes residenciales, se requiere un sistema de control multinivel que permita gestionar la energía disponible y las interacciones entre los componentes de la microrred. Para esto se diseñó un sistema de gestión de energía basado en reglas, se validó su funcionamiento en simulación y se comparó el desempeño de diferentes controladores para seleccionar la mejor estrategia a ser empleada en los convertidores DC-DC. El control de corriente promedio con principio del modelo interno se propuso como el controlador más adecuado según los parámetros de desempeño contemplados, el cual permite tener valores de regulación de tensión cercanos a 1 %. Con este resultado se implementó el sistema en Hardware in-the-loop usando un OPAL-RT®, logrando validar el correcto funcionamiento del sistema de gestión de energía y el desempeño del controlador seleccionado. Estos sistemas pueden llevarse a una implementación de laboratorio para extraer resultados reales y ajustarse fácilmente para otras aplicaciones como vehículos eléctricos.