Diseño e implementación de un controlador para un inversor de potencia monofásico aplicado a un generador fotovoltaico

Abstract

Actualmente, los sistemas de generación distribuida (GD) son más comunes a medida que aumenta la necesidad de energía eléctrica, dado que aprovechan las diferentes fuentes de energía como la eólica y la solar. En estos sistemas, la energía es distribuida desde la fuente a la carga a través de convertidores electrónicos de energía en el sistema. En las aplicaciones de baja y media potencia, esta tarea recae en los inversores monofásicos, donde son la única interfaz entre fuentes conectadas a nodos de DC y las cargas conectadas a nodos de AC. Esta tesis propone el dimensionamiento de un inversor monofásico para alimentar una demanda de 2 kW a 120 VAC/60 Hz y el diseño del control de tensión respectivo basado en la estrategia de control por modos deslizantes (SMC), debido al comportamiento dinámico en la carga y la naturaleza inherente de la conmutación. No obstante, presenta problemas de Chattering por lo que se optó por el diseño de una superficie de deslizamiento suavizada. Posteriormente, han sido realizadas pruebas de rendimiento del sistema bajo distintas condiciones de operación (disponibilidad y tipo de recurso, variación de la carga) empleando la estrategia de prototipado parcial Hardware-In-the-Loop (HIL), utilizando componentes físicos y virtuales para mayor precisión en sistemas con alta variabilidad. En las pruebas realizadas, se contrastó la respuesta temporal de la señal de referencia y la capturada en la carga a través del índice de distorsión armónico total (THD), cuyos resultados están dentro de los limites determinados por los estándares de sistemas de potencia (menores al 5 %). Por último, han sido recomendados los elementos de sensado necesarios y su interacción con un microcontrolador tipo Arduino para la implementación completa de este sistema, donde son descritas algunas disposiciones complementarias para un mejor rendimiento

Currently, distributed generation (DG) systems are more common as the need for electrical energy increases, since they take advantage of different energy sources such as wind and solar. In these systems, energy is distributed from the source to the load through electronic energy converters in the system. In low and medium power applications, this task falls on the single phase inverters, where they are the only interface between sources connected to DC buses and loads connected to AC buses. This thesis proposes the sizing of a single-phase inverter to supply a demand of 2 kW at 120VAC/60 Hz and the design of the respective voltage control based on the sliding mode control (SMC) strategy, due to the dynamic behavior at the load and the inherent nature of the switching. However, it presents problems of çhattering"so the design of a smoothed sliding surface was chosen. Subsequently, system performance tests have been carried out under different operating conditions (availability and type of resource, load variation) using the partial hardware-in-the-loop (HIL) prototyping strategy, using physical and virtual components for greater accuracy in systems with high variability. In the tests carried out, the temporal response of the reference signal and the one captured in the load were contrasted through the total harmonic distortion index (THD), whose results are within the limits determined by the standards of power systems (less than 5 %). Finally, the necessary sensing elements and their interaction with an Arduino type microcontroller have been recommended for the complete implementation of this system, where some complementary arrangements for a better performance are described