Diseño e implementación de un sistema de almacenamiento de energía bidireccional para una nanored DC

Abstract

El presente documento muestra el proceso de construcción de un sistema de almacenamiento energético para una nano-red DC cuyo DC link se encuentra en 48 V. El documento inicia dando algunas definiciones básicas y necesarias, tales como nano-red, para desarrollar así el contexto que permita entender el papel que desempeña el sistema de almacenamiento de energía dentro de este tipo de redes y porqué la necesidad de enforcar esfuerzos en mejorar sus características de funcionamiento. Luego de esto se realiza una búsqueda bibliográfica de las topologías DC-DC bidireccionales en la que resumen sus principales propiedades eléctricas y se contrastan con las necesidades del proyecto, surgidas a partir los objetivos propuestos. Con esta comparación se evalúa cuál de las topologías estudiadas es la que mejor se adapta a los requerimientos del proyecto. Posteriormente, se desarrolla el modelo matemático del convertidor elegido, que incluye la batería a usar y su sistema de estimación de estado de carga. Una vez hecho esto, se desarrollan los controladores, se implementa el sistema y se realizan diferentes pruebas de laboratorio en las que se somete al sistema a diferentes situaciones para evaluar su rendimiento. De estas pruebas se encuentra niveles satisfactorios de regulación y robustez que le permiten operar al dispositivo en todo el rango planteado en los objetivos, reportando los respectivos tiempos de restablecimiento para cada uno de los casos y los sobrepicos generados en la transición de cambios tipo escalón. Finalmente se muestran las conclusiones surgidas a partir del análisis de los resultados obtenidos y donde se plantean posibles mejoras a tener en cuenta para trabajos futuros.

Abstract: The present document shows the building process of an energy storing system for a DC nano-grid, whose DC-link is 48 V. This document starts off by giving some basic and necessary definitions, such as nano-grid, which is used to develop the necessary context that allow us to understand the roll of the energy storing system in the nano-grid. Then, it is explained why making efforts to improve the electrical features of this device. Later, in order to choose the most adequate topology, a literature search is carried out, where several DC-DC bidirectional converter topologies are analyzed and their features are compared to the project requirements. Next, the converter mathematical model is developed, including the battery model and its state of charge estimation system. Once this is done, the controllers are developed and the system and its subsystems are implemented. With the purpose of evaluate the device performance, this was tested to different operating condition. From this test, it can be said that the regulation and robustness system are adequate and allow it to operate in all operation range proposed in the objectives. Among the results of this test, the settling times and overshoots of each controller were reported. Finally, the conclusions of this work are shown and some suggestions for future works are presented