Control óptimo robusto para un sistema de generación fotovoltaico

Abstract

This thesis work exposes the design and implementation of robust optimal controllers for a two stage photovoltaic generation system interconnected to the network, based on the technique of State Dependent Factorized Coefficients, from which the solution come to the differential equation of Hamilton-Jacobi-Bellman to achieve closed loop control for nonlinear systems. A first stage is a Buck-Boost converter with reverse polarity at the output terminal and an MPPT controller, connected to a 3 kW photovoltaic array, in order to allow maximum power transfer to a DC Link. In the second stage, the DC Link energy is injected in to the power grid by means of a three-phase inverter with an LCL filter for the mitigation of harmonics injected into the power grid. The DC-DC converter is designed with the goal of operating in continuous conduction mode at 3 kW of power and to which an optimal control algorithm is designed that reduces the tracking error for a voltage reference delivered by a tracking algorithm of maximum power point. A DC Link is used to couple the Buck-Boost converter and the three-phase two-level inverter. Within the modeling of the three-phase DC-CA converter, an LCL filter designed to operate at 3 kW is added with a reduction in current harmonics of less than 5%. The optimal controller approach for the second stage is based on the dq0 framework, where the voltage on the DC Link is regulated at a fixed value, and the reference tracking for active and reactive power is made. Simulated results of the photo voltaic generation system are presented.

El presente trabajo de tesis expone el diseño e implementación de controladores óptimos robustos para un sistema de generación fotovoltaico de dos etapas interconectado a la red, basándose en la técnica de Coeficientes Factorizados Dependientes del Estado, del cual se obtiene la solución a la ecuación diferencial de Hamilton-Jacobi-Bellman para conseguir un control en lazo cerrado para sistemas no lineales. Una primera etapa es un convertidor Buck-Boost con polaridad inversa en la terminal de salida y un controlador MPPT, conectado a un arreglo fotovoltaico de 3 kW, con la finalidad de permitir la máxima transferencia de potencia hacia un Bus de CD. En la segunda etapa, la energía del Bus de CD es inyectada a la red eléctrica mediante un inversor trifásico con un filtro LCL para la mitigación de armónicos inyectados a la rede eléctrica. El convertidor CD-CD es diseñado con la meta de operar en modo de conducción continua a 3 kW de potencia y al cual se diseña un algoritmo de control optimo que reduce el error de seguimiento para una referencia de voltaje entregada por un algoritmo de rastreo del máximo punto de potencia. Un bus de CD es utilizado para acoplar el convertidor Buck-Boosty el inversor trifásico de dos niveles. Dentro del modelado del convertidor CD-CA trifásico se agrega un filtro LCL diseñado para operar a 3 kW con una reducción de armónicos en corriente menores al 5%. El planteamiento del controlador óptimo para la segunda etapa se basa en el marco dq0, en donde, se regula el voltaje en el Bus de CD aun valor fijo, y se hace el seguimiento de referencia para potencia activa y reactiva. Se presentan resultados simulados del sistema de generación fotovoltaico.