Sistemas interconectados con aplicaciones a convertidores electrónicos

Abstract

"El papel estratégico de la electrónica de potencia en los sistemas de generación eléctrica está en constante aumento como consecuencia de requisitos más estrictos sobre el ahorro energético y la utilización de fuentes de energía renovables con la finalidad de desacelerar los efectos del cambio climático y asegurar la disponibilidad de energía en el futuro. Los convertidores de electrónica de potencia son importantes para alcanzar el objetivo de utilizar la energía de las fuentes renovables, pero existe un inconveniente muy importante a tomar en cuenta sobre las fuentes de generación de energías renovables, no son constantes, sino más bien poseen una dinámica. En la literatura abierta, la fuente de energía de un convertidor se ha considerado siempre constante; si se busca utilizar las fuentes de energías renovables como entrada de la fuente de un convertidor, es necesario considerar la fuente como un sistema dinámico interconectado al sistema dinámico del convertidor y analizarlo desde el enfoque de sistema dinámico interconectado. El área de investigación de la electrónica de potencia se ha enfocado en gran medida a estudiar la dinámica asociada a los convertidores de electrónica de potencia y descuidado la dinámica de los sistemas interconectados a ellos. Recientes investigaciones están enfocadas principalmente en los sistemas interconectados de las energías renovables, que son resultados muy poco conocidos. En este trabajo se trata la teoría matemática básica de sistemas dinámicos interconectados, se analizan las condiciones de estabilidad alrededor de su punto de equilibrio. Como una aplicación particular de los sistemas dinámicos interconectados se encuentran condiciones de estabilidad alrededor del punto de equilibrio del sistema “Módulo de celdas de combustible/Convertidor de voltaje". Además se implementa la parte experimental para mostrar el sistema interconectado en funcionamiento. El primer sistema considera un módulo de celdas de combustible que puede proporcionar un voltaje de salida de 26 V a 41.7 V y el segundo sistema considera un convertidor de voltaje elevador de tres etapas y con la ayuda de un controlador proporcional-integrativo se tiene un voltaje regulado de 330 V ante cambios de carga de 250 Ω a 1 kΩ."

"As a consequence of stricter requirements on energy savings as well as in the use of renewable-energy sources, power electronics is playing an important role in processing electric energy. The above is with the objective to reduce the effects on the climate change and assure the availability of energy in the future. The power converters have become important equipment to be used in processing energy from renewable sources; however, a major drawback of these energy sources is that they are not constant. They have dynamics that had to be taken into consideration when designing a controller. In the open literature, the input source of a converter is usually assumed as constant; at the same time, if the input source comes from renewable-energy sources, the aforementioned assumption is not longer valid. Moreover, the above system can be studied using interconnected theory as the dynamics of the power converter and the renewableenergy source form a complete system. The research in power electronics has devoted a great time in study the dynamics of power converters but neglected the dynamics of systems interconnected to them. Recent work has been dedicated the study to the interconnection of renewable-energy sources, but the results are not well known. In this work, the mathematical theory of interconnected systems is given where the stability at the equilibrium point is studied. In particular, the study of the stability conditions of the interconnected system Fuel-cell stack/ power converter. Experimental results are shown using a three-stage cascade boost converter where the asymptotic stability of the equilibrium is shown. Several theorems are given for the linear and nonlinear models. Later, an average current-mode controller is designed for the boost converter, such that a regulated output voltage of 330 V is obtained. The output voltage remains constant even for large changes in the load from 250 Ω to 1 kΩ."