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integrción de energías renovables y sistemas de almacenamiento

1. b U D N y N p Oc fU LJ T reo O 8 D d gt Q PU voltag Figura 17 Circuito impreso del sensor de tensi n de entrada 3 4 SENSOR DE TENSI N ALTERNA En esta secci n se describe el circuito del sensor de tensi n alterna cabe destacar que tambi n se genera una sef al para indicar los cruces de la tensi n con cero Para medir la tensi n alterna se realiza una reducci n con un transformador de 230 V a 5 V se le suma la referencia de 2 5V y se realiza otra reducci n mediante el amplificador U6 La siguiente ecuaci n describe las operaciones realizadas por el circuito P ee 6 4 95 R32 BO VOLTAGE AN Ney RE R30 R32 Ecuacion 2 Ganancia del circuito del sensor de tension alterna 62 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware El transformador TR1 posee dos circuitos primarios de 115V y dos circuitos secundarios de 5V para su correcto funcionamiento se conectaron los dos circuitos primarios en serie y los circuitos secundarios en paralelo El transformador utilizado adem s proporciona aislamiento galv nico lo que proporciona mayor protecci n al microprocesador ante posibles cortocircuitos El esquema del circuito est representado en la Figura 18 Justo despu s del transformador se cloc el diodo zener D29 cuya funci n principal es proteger el rest
2. 84 4 3 Funcionamiento en modo isla eere eere eerte seen enean senatus 89 Capitulo 5 AResulllos aid 91 Cupiule t0 CONCIISIONC ARS 93 Cap tulo 7 Futuros desarrollos eee eee esee ee esee ee eene eene tn sterne et tn n 94 Bibliograf a 95 Parte II ESTUALO CCONOINICO MN 97 Cap tulo 1 Estudio CConOMicO iia a 98 Parte III Manual de USUOTIO 101 Cap tulo 1 Manual de usuario cooooommomommmmmmmsmmmmmmmmms 102 Parte IV C digo Meta ios 104 Capiulo T Defines Aida dios 106 Capitulo 2 TEA oe ae ne EN 110 Capitulo 3 Maite scsi oi TS e 115 Capitulo d ISTA dise uus waive AAA cH pd BERE FA EEG IR VR 116 Cap tulo 5 Statemachine inmi buie tian rH ar pee EIS VereYSekp E Edd 130 XXVI UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL NDICE DE FIGURAS 2 Indice de figuras Figura 1 Esquema de la microrred de 4 ceici nnionicnio iniciada 35 Figura 2 Estructura de la microrred de 5 cooooooocccnnncccnoncccnonacononccononanononcnonnnccnnnos 36 Figura 5 Estructura de la microrred de 6 iier nate ri 37 Figura 4 Arquitectura del control y sistema de gesti n de 10 40 Figura 5 Arquitectura del control y sistema de gesti n de 12 42 Figura 6 Esquema de la microrred de 16
3. MPPT Definitions define MPPTFACTORMINIMUM 700 Minimum MPPT Factor to start the inverter define MININCREMENTMPPTFACTOR 20 Values should be small enough to avoid large voltage define MAXINCREMENTMPPTFACTOR 30 deviations when operating at MPP define MINDECREMENTMPPTFACTOR 20 define MAXDECREMENTMPPTFACTOR 30 define LARGEVOLTAGEDIFFERENCE 8 Burst Mode Definitions define BURSTMODECOUNT 6700 Burst Mode Count 1 minute 1 2xVac counter define BURSTMODETHRESHOLDLOW 1600 Power to which burst mode is applied lt 15 define BURSTMODETHRESHOLDHIGH 2800 Power to which burst mode is removed 18 Various defines define ZEROCROSSCOUNT 60 Number of zero cross events required before switching to Day Mode define RESTARTCOUNT 10000 10000 100us 1s of no faults to switch to system startup define CRITICALFAULTCOUNT 20000 20000 100us 2s before trying to restart the system define LOADBALCOUNT 2 Rate to execute the load balance routine in the state machine define PVPANEL 40V 23341 Panel Voltage 40V used for changing CMP current reference define PVPANEL 30V 17500 Panel Voltage 30V used for changing CMP current reference define PVPANEL VOLTAGEDROP 600 Change in PV panel average voltage due to large AC Voltage Change PV Voltage change of 0 5V 7 5 127 5 convert to ADC and Q15 Coefficients for PI Controller
4. Timer to get time in order to create model signal for isolated mode void initIsolatedTimer void T1CONbits TCKPS 0 Prescaler of 1 1 PR1 2040 51us 25ns 2040 IPCObits T1IP 5 Set up Timer interrupt priority IFSObits T11F 0 Clear Interrupt Flag IECObits T1IE 1 Enable Timer2 interrupt ll void initStateMachineTimer void T2CONbits TCKPS 0 Prescaler of 1 1 PR2 4000 100us 25ns 4000 IPClbits T2IP 4 Set up Timer interrupt priority IFSObits T2IF 0 Clear Interrupt Flag TECObits T2IE 1 Enable Timer2 interrupt ll void initLedFaultIndicatorTimer void T3CONbits TCKPS PR3 46875 IPC2bits T3IP IFSObits T3IF TECODIES T3TE 3 Prescaler of 1 256 300ms 25ns 256 46875 5 Set up Timer interrupt priority 0 Clear Interrupt Flag 1 Enable Timer2 interrupt when fault is present 113 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Init c void initCMP void CMP2C Flyback Current Phase 1 CMPCON2bits EXTREF 0 Internal Voltage Selected CMPCON2bits RANGE 1 Select Avdd 2 high range CMPCON2bits INSEL 2 Select Comparator 2C CMPDAC2bits CMREF 700 CMREF Avdd 2 1024 Volts CMPCON2bits CMPON 1 Enable CMP2 IPC25bits AC2IP 7 Highest Priority Interrupt IFS6bits AC21F 0
5. An lisis del hardware En el circuito secundario de los transformadores TR4 y TR6 se encuentran los diodos D18 y D19 Dichos diodos se incluyeron en el dise o para asegurarse que la intensidad circulase del circuito primario de los transformadores al circuito secundario de los mismos Por tanto el flujo de potencia siempre se producir desde la entrada a la salida del convertidor Flyback Tambien se a adieron los condensadores C58 y C69 en el circuito secundario de los transformadores para estabilizar la tensi n Se instalan dos transformadores en paralelo para que compartan la corriente Al compartir la corriente se reducen las p rdidas en los conductores y en los transformadores Adem s al ser m s peque a la corriente aproximadamente un 50 se reduce la oscilaci n ripple de la se al final mejorando la distorsi n total arm nica THD Por tanto el circuito primario y el circuito secundario de los dos transformadores de tensi n est n conectados en paralelo tal y como se puede apreciar en la Figura 22 A continuaci n se muestra el circuito impreso dise ado que est representado en la Figura 23 En este circuito impreso es esencial verificar el grosor de las pistas que conectan los componentes del circuito porque al tener bajas tensiones de entrada se tienen elevadas corrientes El grosor de las pistas a pesar de aumentar el coste de fabricaci n es una caracter stica necesaria para evitar el sobrecalentamiento del con
6. 57 Cap tulo 3 An lisis del hardware eee eee sees eese ee eene ener tn et en n 59 3 1 Introdu cclOn eee A A eoe E T T 59 3 2 Sensor de corriente alterna eere eee esee setae eee eene tn setas inse ta stes tuae 59 3 3 Sensor de tensi n de entrada eee reete esses eene nen tn atn tnan 61 3 4 Sensor de tensi n alterna oooommmmss 62 3 5 Sensor de corriente del Flyback cec rece ecce eee eee eerte seen ne etna 64 3 6 Convertidor Flyback 5 55 iee eI eI eere reos eb ortae ao rao aeao unes ase Re eo sn oy seas london 66 3 7 Controlador del convertidor Flyback e eres e ceres ee eere eren nne 69 3 8 uisi TETTE ION 71 3 9 Controlador del puente H eee eeL eee ee eese eese esee seen sese eese sese tesaee 73 3 10 Protecci n de sobretensi n del Flyback eere eere eene rene 75 XXV UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL NDICE DE LA MEMORIA 3 11 Conexi n con el microprocesador sesessossescsocsossescsocsossesossossesesocsoseesoseeeo 77 NIS o Bltro EM ato 82 Cap tulo 4 Desarrollo del SOftwAre sscccsssccssssccssssccssccsssecscssscssssscesesscesees 84 4 1 TOTO UCCI ON no AAA AAA 84 4 2 Funcionamiento conectado a la red de distribuci n
7. Por ltimo tras diferentes simulaciones se comprueba que el sistema mantiene la frecuencia y la tensi n en m rgenes aceptables 46 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n uf Zline E Wa L di T HEME yy zl ALL labe Fp TTI Microgrid PWM Y Vab c Control Signals y g Currem Control LU i fm V laa Irms EA Sot T9 al A Sa HA let A7 x lea j Decoupie a b Control Signals T Oru N Wri Iqret HE PI S SoC 4 Idres T Oru ChergeDischerge la x tare Selecion MEN Or Veins 4 liget Figura 7 Esquema de la microrred de 18 En 19 se describe el concepto de microrred y se explica que para hacer funcionar la microrred se necesita un sistema de gesti n que se base en una infraestructura de comunicaciones Este art culo se centra en el desarrollo de una red de comunicaciones Wi Fi para el control de una microrred que puede instalarse en un laboratorio o en una casa Se desarrolla un sistema de detecci n y control mediante MENS Los MENS son programas de ordenador que tienen funciones de control y de adquisici n de datos que se conectan a las fuentes de energ a y a las cargas Las redes Wi Fi pueden funcionar en modo infraestructura o en modo ad hoc En el modo infraestructura los dispositivos inal mbricos se conectan a la red cableada a trav s de un punto de acceso En el modo ad
8. This MPPT algorithim implements the Perturbation and Observation method for detecting Maximum Power Point MPPT can be up to 25000 void MPPTRoutine void int deltaV 0 prevInputPower 0 unsigned char mpptScaleFactor 0 Store off previous inputPower prevInputPower inputPower Calculate new input power and change in input voltage inputPower builtin mulss int inputVoltageAverage int inputCurrentAverage gt gt 15 deltaV inputVoltageAverage prevInputVoltageAverage If there is a large drop in voltage decrease mpptFactor at a faster rate Example would be large AC voltage fluctuations if deltaV lt PVPANEL VOLTAGEDROP mpptFactor mpptFactor mpptFactor gt gt 2 Reset to 75 power To find MPP faster increase mpptFactor at a faster rate until the operating voltage is less than the opencircuit voltage minus 3V Vmp and Voc should always be more than 5 6V difference at any operating temperature or irradiance if inputVoltageAverage gt openCircuitVoltage 1650 amp amp mpptStartUpFlag 0 mpptFactor 50 else mpptStartUpFlag 1 criticalFaultFlag 0 criticalFaultRestartFlag 0 if burstModeActiveFlag 1 mpptScaleFactor 1 else mpptScaleFactor 0 if inputPower gt prevInputPower if deltaV lt LARGEVOLTAGEDIFFERENCE mpptFactor MININCREMENTMPPTEACTOR else if deltaV lt 0 142 UNIVERSIDAD PONTIFIC
9. 2 TF J auo vop L5 DRY SUPPLY RTIG EME EME E WE OUT E HCP14EUL EGN Es DRY SUPPLY Q 173 GND Pi EME EME E WA OUT GWD vob WE OUT E MCP14EUL EGN Figura 24 Esquema del controlador del Flyback Finalmente estas sefiales son las que llegan al convertidor Flyback comentado anteriormente Las se ales QCLAMP1 y QCLAMP2 se env an a los transistores Q6 y Q8 respectivamente Mientras que las se ales QFLY1 y QFLY2 se mandan a los transistores Q7 y Q9 respectivamente Seguidamente se muestra el circuito impreso dise ado que est representado en la Figura 25 70 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware Q N C O O LLLI LLII 1 E E Ie M LI LI LI Li Li u Figura 25 Circuito impreso del controlador del Flyback 3 8 PUENTE H En esta secci n se describe el circuito que contiene el puente H Full Bridge es el encargado de generar una onda alterna a partir de una tensi n continua La tensi n de entrada de este circuito es la tensi n que sale del convertidor Flyback DC DC esta tensi n se transforma en una onda alterna mediante la actuaci n de los transistores de potencia Las se ales de control de dichos transistores provienen del circuito controlador que se explica en la secci n 9 de este cap tulo Estas se ales tambi n se
10. Este proyecto ha desarrollado una base s lida para que en un futuro cercano se consiga desarrollar una microrred completa y eficiente Mediante el desarrollo de las microrredes se conseguir una reducci n del consumo el ctrico debido a su f cil integraci n con energ as renovables Adem s al promover la generaci n distribuida se reducir n las p rdidas en las redes de transporte Esta reducci n del consumo y de las p rdidas de energ a permitir el desarrollo de un futuro m s sostenible y ecol gico para todos Referencias 1 C Wang and M H Nehrir Power Management of a Stand Alone Wind Photovoltaic Fuel Cell Energy System IEEE Transactions on Energy Conversion vol 23 no 3 pp 957 967 2008 15 ABSTRACT Introduction The electrical system of the twentieth century was based on several points of generation transmission lines and points of consumption In the twenty first century the idea of distributed generation and microgrids comes out This idea is based on using networks with small generators and storage systems An example is shown in Figure 1 Generation is performed at the place of consumption thus avoiding losses in the transport of energy These microgrids can have a connection to the electricity distribution network or not AC Bus A Wind Energy Conversion System RRA with MPPT DC AC ELE PV Array Control EE 7 Customer L Battery fpem i 1 ower 1 Other Energy So
11. ISLANDMODE paso PORTBbits RB15 else if thirdQuadrantFlag 1 paso 0 if firstQuadrantFlag 1 paso 1 Based on where we are in the sinewave enable disable PWM3 Gate Drive Full Bridge switch fullBridgeState case FULLBRIDGE Q304 ACTIVE if globalAngle lt NINETYDEGREE prevFullBridgeState PORTBbits RB15 if globalAngle gt ONEHUNDREDSEVENTYFIVEDEGREE fullBridgeState FULLBRIDGE INACTIVE 2ND QUADRANT break case FULLBRIDGE INACTIVE 2ND QUADRANT Check for Hardware Software Zero Cross if paso 0 amp amp thirdQuadrantFlag 1 126 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Isr c zcCountertt if zcCounter gt zeroCrossDelay if prevFullBridgeState PORTBbits RB15 amp amp systemState DAYMODE systemState ISLANDMODE if faultState NO FAULT faultState HARDWAREZEROCROSS zcCounter 0 thirdQuadrantFlag 0 fullBridgeState FULLBRIDGE Q205 ACTIVE else zcCounter 0 break break case FULLBRIDGE 0205 ACTIVE if globalAngle lt NINETYDEGREE prevFullBridgeState PORTBbits RB15 if globalAngle gt ONEHUNDREDSEVENTYFIVEDEGREE fullBridgeState FULLBRIDGE INACTIVE 4TH QUADRANT break case FULLBRIDGE INACTIVE 4TH QUADRANT Check for Hardware Software Zero Cross if paso 1 amp a
12. endif break case SYSTEMERROR IOCON1bits OVRENH IOCON1bits OVRENL IOCON2bits OVRENH IOCON2bits OVRENL IOCON3bits OVRENH IOCON3bits OVRENL OPTO DRV1 0 OPTO DRV2 0 mpptStartUpFlag 0 startFullBridgeFlag 0 burstModeActiveCounter burstModeActiveFlag 0 acCurrentOffset 0 acCurrentOffsetFlag 0 Allow system to re calculate AC Current Offset mpptFactor MPPTFACTORMINIMUM inputPower 0 prevInputVoltageAverage 0 PRPRPRPRER Reset flag to start full bridge 0 Reset burst mode ClrWdt In fault mode we need to clear WDT if switchState SWITCHON amp amp faultState NO FAULT Switch to system startup after no faults have been detected for 1s systemRestartCounter if systemRestartCounter gt RESTARTCOUNT systemState SYSTEMSTARTUP systemRestartCounter 0 else if switchState SWITCHON amp amp faultState NO FAULT If a fault is present then diplay the fault using T3 and LED D27 on the PCB systemRestartCounter 0 storeFaultState faultState lt lt 1 x2 to account for off time T3CONbits TON 1 Remove the fault and allow system to try to restart If the fault is ac current offset or HW Zero Cross if faultState ACCURRENT OFFSET faultState HARDWAREZEROCROSS faultState NO_FAULT Critical Faults AC Current Flyback Over Voltage and Flyback Over Current Handle faul
13. esses 44 Figura 7 Esquema de la microrred de 18 at totae 47 Figura 8 Esquema del sistema de comunicaci n de la microrred de 19 48 Figura 9 Esquema de la microrred de 20 eere 49 Figura 10 Niveles de una red domestica 21 serene 50 Figura 11 Cronograma del proyecto iu on Ead pei penabus ru vE Do ences 54 Figura 12 Diagrama de bloques del hardware del micronversor AN1444 33 Figura 13 Funcionamiento del algoritmo MPPT see 58 Figura 14 Esquema del sensor de corriente alterna sess 60 Figura 15 Circuito impreso del sensor de corriente alterna 60 Figura 16 Esquema del sensor de tensi n de entrada sess 61 Figura 17 Circuito impreso del sensor de tensi n de entrada 62 Figura 18 Esquema del sensor de tensi n alterna sese 63 Figura 19 Circuito impreso del sensor de tensi n alterna 64 Figura 20 Esquema del sensor de corriente del Flyback 65 Figura 21 Circuito impreso del sensor de corriente del Flyback 66 Figura 22 Esquema del convertidor Flyback ees 67 Figura 23 Circuito impreso del convertidor Flyback
14. esss 69 Figura 24 Esquema del controlador del Flyback eese 70 Figura 25 Circuito impreso del controlador del Flyback 71 Figura 26 Esquema del puente HE oA pia acess 72 Figura 27 Circuito impreso del puente H a tec 8 iaa equ 13 Figura 28 Esquema del controlador del puente H sess 74 XXVII UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL NDICE DE FIGURAS Figura 29 Circuito impreso del controlador del puente H 75 Figura 30 Esquema del circuito de sobretensi n del Flyback 76 Figura 31 Circuito impreso de protecci n contra sobretensi n en el Flyback 77 Figura 32 Esquema del circuito de conexi n con el microprocesador 78 Figura 33 Circuito de acondicionamiento para la alimentaci n a 12 V 78 Figura 34 Circuito de acondicionamiento para la alimentaci n a 5 V 79 Figura 35 Circuito de acondicionamiento para la alimentaci n a 3 3 V 19 Figura 36 Circuito de acondicionamiento para los LEDs y el interruptor 80 Figura 37 Circuito para la comunicaci n con el PC eeesss 80 Figura 38 Circuito impreso de conexi n con el microprocesador 81 Figura 39 Esquema del filtro EM cuna
15. COMILLAS M ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAI INGENIERO INDUSTRIAL INTEGRCI N DE ENERG AS RENOVABLES Y SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO EN UNA CASA INTELIGENTE Autor Juan Ignacio Ortueta Olartecoechea Director lvaro Sanchez Miralles Director Jaime Boal Mart n Larrauri Director Christian Calvillo Mu oz Madrid Junio 2014 UNIVERSIDAD PONTIFIC ICAI ICADE CoMiLLAS AUTORIZACI N PARA LA DIGITALIZACI N DEP SITO Y DIVULGACI N EN ACCESO ABIERTO RESTRINGIDO DE DOCUMENTACI N 12 Declaraci n de la autor a y acreditaci n de la misma El autor D como de la UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS COMILLAS DECLARA que es el titular de los derechos de propiedad intelectual objeto de la presente cesi n en relaci n con la obra que sta es una obra original y que ostenta la condici n de autor en el sentido que otorga la Ley de Propiedad Intelectual como titular nico o cotitular de la obra En caso de ser cotitular el autor firmante declara asimismo que cuenta con el consentimiento de los restantes titulares para hacer la presente cesi n En caso de previa cesi n a terceros de derechos de explotaci n de la obra el autor declara que tiene la oportuna autorizaci n de dichos titulares de derechos a los fines de esta cesi n o bien que retiene la facultad de ceder estos derechos en la forma prevista en la presente cesi n y as lo acredita 22 Objeto y fines de la cesi n
16. En esta secci n se describe el circuito de medida de corriente alterna de la salida v ase el esquema del circuito en la Figura 14 Este circuito de acondicionamiento toma la se al del componente U14 y la modifica para que la lea correctamente el microprocesador El componente Ul4 es un sensor de corriente con un offset de 2 5 V y una sensibilidad de 180 mV A La se al de salida de este circuito se caracteriza por tener una tensi n de 1 65 V para corriente nula y 3 3 V de tensi n m xima La ecuaci n que describe este circuito se puede observar en la Ecuaci n 1 y a s R37 R28 i 15 ACCURRENTIT R37 R35 R28 R34 R20 Ecuaci n 1 Ganancia del circuito del sensor de corriente alterna Para realizar estas operaciones utiliza dos amplificadores operacionales que en este caso est n formados por un mismo componente US El amplificador operacional denominado USA toma un valor de tensi n constante y le resta un valor de tensi n proporcional a la corriente de entrada Por otro lado el operacional USB amplifica la se al mediante una etapa de ganancia Se a adi un condensador para estabilizar la tensi n Por ltimo el diodo doble D7 se utiliza para mantener la tensi n entre 0 y 3 3 V este elemento se a adi para proteger al microprocesador ante una posible sobretensi n y ante tensiones negativas 39 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis de
17. inverterPeriod gt INVERTERPERIOD60HZMIN amp amp inverterPeriod lt INVERTERPERIOD60HZMAX inverterPeriodMin inverterPeriodMax INVERTERPERIOD60HZMIN INVERTERPERIOD60HZMAX Delay at the zero crossings to allow AC voltage to reach flyback voltage zeroCrossDelayNom 20 zeroCrossDelayMax 22 Delay slightly varies with AC voltage zeroCrossDelayMin 18 zeroCrossDelay zeroCrossDelayNom Wait 17us delay at the zero cross before turning on flyback full bridge else inverterPeriodMin INVERTERPERIOD50HZMIN inverterPeriodMax INVERTERPERIOD50HZMAX Delay at the zero crossings to allow AC voltage to reach flyback voltage zeroCrossDelayNom 30 zeroCrossDelayMax 35 Delay slightly varies with AC voltage zeroCrossDelayMin 25 zeroCrossDelay zeroCrossDelayNom Wait 17us delay at the zero cross before turning on flyback full bridge Change system state to Island Mode systemState ISLANDMODE break case ISLANDMODE ClrWdt In this mode we need to clear WDT When average input voltage and average input current are available call MPPT Routine if avgInputDataReadyFlag 1 ifndef BENCHTESTING MPPTRoutine Call MPPT Routine when data is ready endif 140 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Statemachine c Change Current Reference based on the PV panel voltage
18. inverterPeriodCounter 0 Jelse Si est en modo isla o empezando el modo isla Detect the zero crossing at the 1st Quadrant if prevInverterOutputVoltageFalse lt 0 amp amp inverterOutputVoltageFalse gt 0 As a precaution change state of Full Bridge if it hasn t already chaged fullBridgeState FULLBRIDGE INACTIVE 4TH QUADRANT ClrWat zeroCrossDetectFlag 1 firstQuadrantFlag 1 Allows Full Bridge to change State Grid Period Desired inverterPeriod inverterPeriodMin inverterPeriodMax 2 inverterPeriod inverterPeriodCounter inverterPeriodCounter 0 Store accumulated voltage current sum and counter for avg avg calculated in T2ISR The average is calculated every 3rd ve zero cross event zeroCrossCount if zeroCrossCount 1 numberofSamples 0 inverterPeriod is only half cycle so add prevInverterPeriod numberofSamples numberofSamples inverterPeriod prevInverterPeriod if zeroCrossCount gt 3 zeroCrossCount 0 inputVoltageAverage _ builtin divsd long inputVoltageSum int numberofSamples inputCurrentAverage _ builtin divsd long inputCurrentSum int numberofSamples numberofSamples 0 inputVoltageSum 0 inputCurrentSum 0 avgInputDataReadyFlag 1 Detect the zero crossing at the 3rd Quadrant else if prevInverterOutputVoltageFalse gt 0 amp amp inverterOutputVoltageFalse 0 As
19. 1 06nsec timing resolution PTPER FLYBACKPERIOD Flyback inverter period value PHASE2 FLYBACKINTERLEAVEDPHASE 180Deg phase shift for second converter ALTDTR1 FLYBACKALTDTR Setup Deadtime for PWM1 and PWM2 DTR1 FLYBACKDTR ALTDTR2 FLYBACKALTDTR DTR2 FLYBACKDTR PDC1 0 Initialize Flyback duty cycle PDC2 0 PWMCON1bits ITB 0 PTPER register provides the timing for PWM1 PWM2 generator PWMCON2bits ITB 0 PWMCON1bits IUE 1 Enable immediate updates 110 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Init c PWMCON2bits IUE 1 PWMCON1bits DTC 0 Positive dead tim nabled PWMCON1bits DTC 0 IOCON1bits PMOD 0 PWMIH and PWM1L is in complementary output mode IOCON2bits PMOD 0 PWM2H and PWM2L is in complementary output mode IOCON1bits POLL 1 PWM1L and PWM2L have inverted polarity active low IOCON2bits POLL 1 to drive the P channel MOSFETs IOCON1bits PENH 1 PWM controls I O pins IOCONlbits PENL 1 IOCON2bits PENH 1 IOCON2bits PENL 1 IOCON1bits OVRDAT 0 Flyback override data Safe State IOCON1bits OVRENH 1 Enable override Disable MOSFETs TOCON1bits OVRENL 1 IOCON2bits OVRDAT 0 Flyback
20. Clear Interrupt Flag IEC6bits AC2IE 1 Enable Interrupt to declare fault ll CMP3B Flyback Current Phase 2 CMPCON3bits EXTREF 0 Internal Voltage Selected CMPCON3bits RANGE 1 Select Avdd 2 high range CMPCON3bits INSEL 1 Select Comparator 3B C3 PDAC3bits CMREF 700 CMREF Avdd 2 1024 Volts CMPCON3bits CMPON 1 Enable CMP3 Il IPC26bits AC3IP 7 Highest Priority Interrupt IFS6bits AC3IF 0 Clear Interrupt Flag IEC6bits AC3IE 1 Enable Interrupt to declare fault CMP4C Flyback Over Voltage Protection CMPCON4bits EXTREF 0 Internal Voltage Selected CMPCON4bits RANGE 1 Select Avdd 2 high range CMPCON4bits INSEL 2 Select Comparator 4C ll CMPDAC4bits CMREF 1000 CMREF Avdd 2 1024 1 6 Volts PCON4bits CMPON 1 Enable CMP4 Q IPC26bits AC4IP 7 Highest Priority Interrupt IFS6bits AC4IF 0 Clear Interrupt Flag IEC6bits ACAIE 1 Enable Interrupt to disable PWMs and set fault ll 114 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Main c Cap tulo 3 MAIN C En esta secci n se muestra el c digo del archivo main c en l se recoge el programa principal del inversor include Solar Microinverter main h Configuration bits Start up with FRC and switch to FRC w Pll Configure Watch Dog Timeout Software Enable Disable
21. DAYMODE break case DAYMODE When average input voltage and average input current are available call MPPT Routine if avgInputDataReadyFlag 1 ifndef BENCHTESTING MPPTRoutine Call MPPT Routine when data is ready endif Change Current Reference based on the PV panel voltage if inputVoltageAverage gt PVPANEL 40V 700 Consider current at 39V 700 CMPDAC2bits CMREF CMPDAC3bits CMREF else if inputVoltageAverage PVPANEL 30V 850 Consider current at 29V 850 CMPDAC2bits CMREF CMPDAC3bits CMREF else 1000 Consider current at 20V 1000 CMPDAC2bits CMREF CMPDAC3bits CMREF avgInputDataReadyFlag 0 Load Balance routine to make sure that both flyback converters are sharing the load equally 50 Execute at a slower rate 100us LOADBALCOUNT if loadBalanceCounter gt LOADBALCOUNT LoadBalance Call Load Balance Routine loadBalanceCounter 0 loadBalanceCounter Software for soft start when using a bench supply as MPP Tracking is removed ifdef BENCHTESTING mpptCounter if mpptFactor lt MPPTFACTOR BENCHTESTING if mpptCounter gt MPPTCOUNT mpptFactor mpptFactor MPPTFACTORINCREMENT mpptCounter 0 else mpptFactor MPPTFACTOR BENCHTESTING 137 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Statemachine c mpptCounter 0
22. Introducci n Cap tulo 1 INTRODUCCI N En este cap tulo se hace una introducci n del proyecto En la secci n 1 1 se realiza un an lisis del estado del arte Posteriormente en la secci n 1 2 se revela la motivaci n del proyecto A continuaci n se indican los objetivos del proyecto en la secci n 1 3 y la metodolog a en la secci n 1 4 Por ltimo se muestran en la secci n 1 5 los recursos y herramientas empleadas 1 1 ESTUDIO DE LAS TECNOLOG AS EXISTENTES El estudio del estado del arte se dividir en 3 partes los art culos relacionados con el hardware de la microrred los relacionados con el control de la microrred y los relacionados con el sistema de comunicaci n empleado en la microrred 1 1 1 HARDWARE En la Tabla 1 se puede ver una comparaci n de los diferentes trabajos considerados en este estudio del estado del arte relacionados con el hardware 31 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n Trabajo Fuentes de Tipo de Almacenamiento Tama o energ a inversor 1 Solar Multilevel Tanque de agua 42 5 W fotovoltaica y inverter solar t rmica 2 Solar Bidirectional Baterias 44 KWh 4 KW fotovoltaica y inverter e lica charger 3 Pila de Economic Bater as y combustible Hj bidirectional supercondensadores o turbina de gas inverter 4 Solar Bater as 10 KWh y gt 100 fotovoltaica tanque de KW e lica y p
23. Select ICSP Pair 2 for debugging programming FOSCSEL FNOSC FRC FOSC FCKSM CSECMD amp OSCIOFNC ON amp IOLIWAY OFF _FWDT FWDTEN OFF WDTPOST_PS16 amp WDTPRE PR32 amp WINDIS OFF FPOR FPWRT PWR128 FICD ICS PGD2 amp JTAGEN OFF int main initClock Initialize Device Oscillator and Auxiliary Oscillator PWM ADC initIOPorts Initialize all I O Ports initADC Initialize ADC Module ADCONbits ADON 1 Enable the ADC Module early for ADC Settling Time initCMP Initialize Comparator Module initPWM Initialize PWM Module initIsolatedTimer Initialize Timerl Isolated Mode initStateMachineTimer Initialize Timer2 State Machine initLedFaultIndicatorTimer Initialize Timer3 Fault Indication TICONbits TON 1 Enable Timer 1 T2CONbits TON 1 Enable State Machine Timer PTCONbits PTEN 1 Enable PWM Module RCONbits SWDTEN 1 Enable WDT cleared at every zero cross while 1 Nop Nop Nop return 0 115 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Isr c Cap tulo 4 ISR C En esta secci n se muestra el c digo del archivo isr c en l se reciben datos del conversor A D y se realizan varias operaciones con ellos include Solar Microinverter_isr h System Faults unsigned char criticalFaultFlag 0 i
24. conectado a la red de distribuci n v ase la figura 2 Se puede observar que hay tres controles superpuestos el algoritmo MPPT el control del balance de carga y el control del Full Bridge E Flyback EN PWM signal Pb v a flyback2 Load lout Balance ss Flyback gt Control c Factor Figura 2 Diagrama de bloques del funcionamiento conectado a red Entrada DC Salida AC El algoritmo MPPT Maximum Power Piont Tracker es el encargado de controlar que la zona de tensi n continua trabaje a la tensi n ptima Es decir el valor de tensi n a la entrada que maximiza la potencia entregada a la red el ctrica La funci n del MPPT teniendo en cuenta el nivel de tensi n a la entrada y la corriente de entrada genera un coeficiente que se env a a la funci n de control de los Flyback Utiliza un algoritmo de perturbaci n y observaci n Este lazo de control se ve afectado por el lazo que controla el reparto equitativo de la carga entre los dos convertidores Flyback Este segundo control mide la corriente de cada uno de ellos y calcula una variaci n del ciclo de trabajo duty cycle Es un control de tipo proporcional integral Esta variaci n del ciclo de trabajo se suma al ciclo de trabajo de uno de los Flyback y se resta al ciclo de trabajo del otro Flyback Para unir estos dos controles est la funci n Flyback Control que posee un control proporcional integral Los datos de entra
25. ctrica vuelva a estar operativa el microinversor vuelva a los estados de funcionamiento est ndar sin necesidad de apagarlo 94 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Bibliograf a BIBLIOGRAF A 3 10 11 S M Tennakoon W W L Keerthipala and W B Lawrance Solar energy for development of a cost effective building energy system in International Conference on Power System Technology 2000 Proceedings PowerCon 2000 2000 vol 1 pp 55 59 vol 1 F Giraud and Z M Salameh Steady state performance of a grid connected rooftop hybrid wind photovoltaic power system with battery storage IEEE Transactions on Energy Conversion vol 16 no 1 pp 1 7 2001 T Xing guo W Hui and L Qing min Multi port topology for composite energy storage and its control strategy in micro grid in Power Electronics and Motion Control Conference IPEMC 2012 7th International 2012 vol 1 pp 351 355 C Wang and M H Nehrir Power Management of a Stand Alone Wind Photovoltaic Fuel Cell Energy System IEEE Transactions on Energy Conversion vol 23 no 3 pp 957 967 2008 R Majumder A Ghosh G Ledwich and F Zare Power Management and Power Flow Control With Back to Back Converters in a Utility Connected Microgrid IEEE Transactions on Power Systems vol 25 no 2 pp 821 834 2010 R Majumder A Hybrid Microgrid
26. define Ra Q15 0 18 define Rsa Q15 0 02 Coefficients for Load Balancing define MAXBALANCE Q15 0 01 define KAQ15 Q15 0 065 define KSAQ15 Q15 0 01 System State Definitions define SYSTEMSTARTUP 0 define DAYMODE 1 define SYSTEMERROR 2 define ISLANDSTARTUP 3 define ISLANDMODE 4 Input Switch State define SWITCHOFF 0 define SWITCHON 1 108 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS INGENIERO INDUSTRIAL ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT Defines h Fault State Definitions define NO FAULT 0 define PV PANEL VOLTAGE 1 define INVERTER FREQUENCY 2 define INVERTER VOLTAGE a define INVERTER OVERCURRENT 4 define FLYBACK OVERCURRENT S mi D F define TEMPERATURE 6 define DRIVE SUPPLY 7 define FLYBACK OUTPUT VOLTAGE 8 define REFERENCE VOLTAGE 9 define ACCURRENT OFFSET 10 define HARDWAREZEROCROSS 11 State for Full Bridge Drive define FULLBRIDGE 0304 ACTIVE 1 define FULLBRIDGE INACTIVE 2ND QUADRANT 2 define FU BRIDGE Q205 ACTIVE E define FU BRIDGE INACTIVE 4TH QUADRANT 4 define BENCHTESTING ifdef BENCHTESTING define MPPTFACTOR BENCHTESTING 9900 define MPPTFACTORINCREMENT 20 Softstart increments MPPT by MPPTFACTORINCREMENT every 10ms define MPPTCOUNT 100 Slow down the increment rate to gt 100 endif 100us 109 UNIVERSIDAD
27. if inputVoltageAverage PVPANEL 40V CMPDAC2bits CMREF 700 Consider current at 39V CMPDAC3bits CMREF 700 else if inputVoltageAverage PVPANEL 30V CMPDAC2bits CMREF 850 Consider current at 29V CMPDAC3bits CMREF 850 else CMPDAC2bits CMREF 1000 Consider current at 20V CMPDAC3bits CMREF 1000 avgInputDataReadyFlag 0 Load Balance routine to make sure that both flyback converters are sharing the load equally 50 Execute at a slower rate 100us LOADBALCOUNT if loadBalanceCounter gt LOADBALCOUNT LoadBalance Call Load Balance Routine loadBalanceCounter 0 loadBalanceCounter Software for soft start when using a bench supply as MPP Tracking is removed ifdef BENCHTESTING mpptCounter if mpptFactor lt MPPTFACTOR BENCHTESTING if mpptCounter gt MPPTCOUNT mpptFactor mpptFactor MPPTFACTORINCREMENT mpptCounter 0 else mpptFactor MPPTFACTOR BENCHTESTING mpptCounter 0 endif break Software for debugging purposes ifdef DMCI_STATEMACHINE arrayl dmciArrayIndex deltaDutyCycle array2 dmciArrayIndex averageFlybackCurrent2 averageFlybackCurrentl array3 dmciArrayIndext 0 141 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Statemachine c if dmciArrayIndex gt 100 dmciArrayIndex 0 endif TMR2 0 FSObits T2IF 0
28. when inverterPeriodCounter is greater then 200 if zeroCrossDetectFlag 0 amp amp inverterPeriodCounter 200 zeroCrossDetection Store current grid voltage to compare with next sample for ZCD prevInverterOutputVoltage inverterOutputVoltage prevInverterOutputVoltageFalse inverterOutputVoltageFalse Counter for verifying the Grid Frequency number of ADC interrupts per grid half cycle variable gets reset when finding the zero crossing event inverterPeriodCounter 120 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Isr c Accumulate samples for the Average Calculation inputCurrentSum inputCurrentSum flybackCurrentl flybackCurrent2 inputVoltageSum inputVoltageSum pvPanelVoltage ZeroCrossDetectFlag is set inside the zeroCrossDetection Routine if zeroCrossDetectFlag 1 zeroCrossDetectFlag 0 startupZeroCrossCounter if systemState SYSTEMSTARTUP amp amp systemState ISLANDSTARTUP startupZeroCrossCounter 0 Continuously Verify that Grid Frequency is okay inverterFrequencyCheck deltaAngle calculated based on present grid frequency period measured deltaAngle builtin divsd long 32767 inverterPeriod Load the newly found Peak Voltage Current of the Inverter Output done zero crossing peakInverterOutputVoltage maxInverterOutputVoltage peakInverterOutputCu
29. 0 Fe Precio ud 0 96 0 12 2 2 2 85 7 59 0 02 0 015 0 262 0 014 0 122 0 013 0 1 0 048 0 306 0 007 0 064 0 018 0 1 0 1 0 013 0 003 0 08 0 026 0 011 0 007 Presupuesto Pedido m nimo bete 0 50 50 50 50 50 50 50 50 Coste total 4 80 0 12 8 80 5 70 15 18 1 00 0 06 0 90 0 60 0 50 0 65 0 01 0 16 1 30 0 55 0 35 Nombre R35 R40 R46 R55 R58 R67 R74 R48 R50 R60 R62 R49 R61 R54 R66 R72 R75 R76 R83 R84 R95 R96 R114 R116 R122 R124 R77 R79 R85 R87 R81 R82 R89 R90 R97 R99 R101 R98 R100 R102 R103 R105 R108 R109 R141 SW1 TP1 TP2 TP3 TP4 TP5 TP6 TP7 TP8 TP9 TP10 TP11 TP12 TP13 TP14 TP15 TP16 TP17 TP18 TP19 TP20 TP21 TP22 TP23 TP24 TP25 TP26 TP27 TP28 TP29 TP30 TP31 TR1 TR2 TR3 TR4 TR6 Base de TR4 y TR6 TR5 TR7 U1 U2 Componentes Resistencia 2 4 KOhms 1 10W 5 0603 SMD Resistencia 470 KOhms 1 10W 1 Resistencia 7 5 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 3 01 KOhms 1 10W 1 Resistencia 120 Ohms 1 10W 1 Resistencia 15 0 Ohms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 120 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 11 0 Ohms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 1 0 Ohms 1 10W 5 0603 SMD Resistencia 270 Ohms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 150 KOhms 1 4W 5 1206 SMD Resistencia 240 KOhms 1 4W 5 1206 SMD Resistencia 300 KOhms 1 4W 5 1
30. 1 R4 Resistencia 10 2 KOhms 1 10W 196 0603 SMD 1 R5 Resistencia 1 5 Ohms 1 4W 5 1206 SMD 1 R6 Resistencia 169K Ohms 1 10W 196 0603 SMD 1 R7 Resistencia 2 70K Ohms 1 10W 196 0603 SMD 1 R8 R133 R134 R137 R138 Resistencia 0 0 Ohms 1 4W 1206 SMD 5 R9 Resistencia 52 3 KOhms 1 10W 196 0603 SMD 1 R13 R22 R43 R47 R56 R59 R68 R70 R112 R117 R120 Resistencia 0 0 Ohms 1 10W 0603 SMD 14 Nombre Componentes Uds R14 Resistencia 4 70 KOhms 1 10W 1 0603 SMD 1 R15 Resistencia 470 Ohms 1 10W 1 0603 SMD 1 RIGIRIZ ee R129 Resistencia 330 Ohms 1 10W 1 6 R19 R25 R28 R34 Resistencia 100 KOhms 1 10W 1 4 R20 R27 Resistencia 1 60 KOhms 1 10W 1 0603 SMD 2 R21 R106 Resistencia 5 10 KOhms 1 10W 1 0603 SMD 2 R23 R36 Resistencia 6 2 KOhms 1 10W 5 0603 SMD 2 R24 R31 Resistencia 27 KOhms 1 10W 5 0603 SMD 2 R26 R30 R128 Resistencia 1 69 KOhms 1 10W 1 0603 SMD 3 MIS aa S Resistencia 1 KOhms 1 10W 1 0603 SMD 8 R35 Resistencia 2 4 KOhms 1 10W 5 0603 SMD 1 R40 Resistencia 470 KOhms 1 10W 1 1 R46 R55 R58 R67 R74 Resistencia 7 5 KOhms 1 10W 1 0603 SMD 5 R48 R50 R60 R62 Resistencia 3 01 KOhms 1 10W 1 4 R49 R61 Resistencia 120 Ohms 1 10W 1 2 R54 R66 Resistencia 15 0 Ohms 1 10W 1 0603 SMD 2 R72 Resistencia 120 KOhms 1 10W 1 0603 SMD 1 Aaa Rk Resistencia 11 0 Ohms 1 10W 1 0603 SMD 10 R77 R79 R85 R87 Resistencia 1 0 Ohms 1 10W 5 0603 SMD 4 R81 R82 R89 R90 Resistencia 270 Ohms 1 10W 1 0603 SMD 4 R97 R
31. 219 9 1580 45 80 15 3 330 Precio ud 135 135 Versi n libre distribuci n Versi n libre distribuci n 2 4 Mano de obra directa Actividad Dise o de tarjeta B squeda de componentes Programaci n Pruebas y soluci n de problemas Documentaci n del proyecto 2 5 Servicios Auxiliares Actividad Proceso de fabricaci n 157 Presupuesto Precio hora 40 25 40 60 40 Precio 300 00 Cap tulo 3 Sumas parciales En este cap tulo se consignan los importes parciales de cada uno de los elementos que Presupuesto conforman las partidas que han sido calculadas a partir de las mediciones y precios unitarios 3 1 Componentes principales Nombre C1 c2 C3 C32 C44 C45 C46 C47 C80 C81 C4 C7 C8 C9 C11 C14 C21 C22 C23 C24 C28 C35 C40 C54 C57 C74 C75 C77 C78 C82 C89 C5 C20 C25 C29 C39 C55 C76 C79 C6 C10 C13 C16 C17 C18 C19 C27 C33 C37 C30 C41 C42 C43 C48 C49 C52 C53 C87 C50 C51 C88 C56 C58 C69 C59 C70 Componentes Condensador capacitivo ceramico 1 0UF 100V X7R 1206 Condensador capacitivo cer mico 10uF 100V X7R 10 0805 Condensador capacitivo cer mico 0 01uF 50V X7R Condensador capacitivo cer mico 0 1uF 50V X7R Condensador capacitivo ceramico 1uF 16V X5R Condensador electrolitico de Tantalo 100uF 16V 10 2917 Condensador capacitivo ceramico 10uF 16V X5R Condensador capacitivo cer
32. 45 Rendimientos del microinversor conectado a la red de distribuci n La segunda prueba realizada en modo isla se observ el correcto funcionamiento del microinversor cuando ha de generar la referencia de tensi n La referencia se gener y se sigui de manera adecuada La distorsi n total arm nica obtenida fue menor del 5 91 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Resultados A continuaci n se exponen los resultados obtenidos e Se realizaron los dise os en Eagle de cada uno de los m dulos incluyendo dise os esquem ticos y dise os de circuito impreso e Se consigui la fabricaci n del inversor a un coste inferior a 2000 como se hab a fijado en los objetivos el coste de fabricaci n final ascendi a 887 6 e Se logr el correcto funcionamiento del microinversor conectado a la red de distribuci n e Se alcanz el objetivo de que el microinversor funcionase en modo isla 92 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Conclusiones Cap tulo 6 CONCLUSIONES Como conclusi n se ha conseguido desarrollar un inversor capaz de funcionar conectado a la red y en modo isla con un coste inferior al presupuestado por lo que se ha cumplido el objetivo principal del proyecto Este inversor cumple los objetivos del proyecto ya que es reprogramable tiene una potencia d
33. C13 C16 C17 C18 C19 C27 C33 C37 C30 C41 C42 C43 C48 C49 C52 C53 C87 C50 C51 C88 C56 C58 C69 C59 C70 C60 C71 C61 C62 C72 C73 C83 C84 C85 C86 C63 C64 C65 C66 C67 C68 C90 D1 D2 D3 D9 D11 D4 D26 D27 D5 Componentes Condensador capacitivo ceramico 1 0UF 100V X7R 1206 Condensador capacitivo cer mico 10uF 100V X7R 10 0805 Condensador capacitivo cer mico 0 01uF 50V X7R Condensador capacitivo cer mico 0 1uF 50V X7R Condensador capacitivo cer mico 1uF 16V X5R Condensador electrol tico de T ntalo 100uF 16V 10 2917 Condensador capacitivo cer mico 10uF 16V X5R Condensador capacitivo cer mico 8200pF 10 50V X7R 0603 Condensador cer mico multicapa 2200pF 0603 50V X7R 20 Condensador cer mico multicapa 470pF 50V CERAMIC X7R 0603 Condensador capacitivo Cer mico 4700pF 250VAC X1Y2 Rad Condensador capacitivo Cer mico 4700pF 250VAC X1Y2 Rad Condensador de pel cula MMKP 0 015uF 1000VDC 5 Condensador cer mico multicapa 1000pF 50V X7R 0603 Condensador de pel cula 0 1uF 630VDC RADIAL Condensador capacitivo Cer mico 2200pF 596 100V NPO 1210 Condensador capacitivo Cer mico 10uF 100V X7S 2220 Condensador capacitivo Cer mico 2 2uF 250V 2096 X7T 2225 Condensador electrol tico de Aluminio 2200uF 63V 2096 Radial Condensador capacitivo Cer mico 120pF 50V 596 COG 0603 Condensador capacitivo Cer mico 220pF 50V 1096 X7R 0603 Diodo Schottky 1A 60V SMA Diodo switch 75V 30
34. DC Salida AC a Flyback il PNE PWM signal Em e ba E flyback2 Load lout Balance V pico 7 Flyback gt Control lt MPPT Factor Figura 3 Diagrama de bloques del funcionamiento en modo isla Reference signal Resultados Se realizaron dos pruebas la verificaci n del funcionamiento conectado a la red de distribuci n y la verificaci n del funcionamiento en modo isla En la primera de ellas se observ el adecuado funcionamiento del microinversor cuando ha de seguir la referencia de tensi n marcada por la red de distribuci n el ctrica comprob ndose que la 14 referencia se sigui de manera correcta En la segunda prueba realizada en modo isla se observ el correcto funcionamiento del microinversor cuando ha de generar la referencia de tensi n Esta referencia se gener de manera adecuada y la distorsi n total arm nica obtenida fue menor del 5 Los resultados obtenidos fueron dise os en Eagle de cada uno de los m dulos fabricaci n del inversor con un coste de 887 6 se logr el correcto funcionamiento del microinversor conectado a la red de distribuci n y se alcanz el objetivo de que el microinversor funcionase en modo isla Conclusiones Como conclusi n se ha conseguido desarrollar un inversor capaz de funcionar conectado a la red y en modo isla con un coste inferior al presupuestado por lo que se ha cumplido el objetivo principal del proyecto
35. ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n mediante un convertidor Boost Half Bridge el segundo elemento es un supercondensador conectado al transformador a trav s de un convertidor Buck Boost de tres niveles el tercer elemento es un inversor que conecta la generaci n el ctrica de una turbina de gas al transformador y por ltimo el cuarto elemento es la conexi n con la red inteligente mediante un convertidor Half Bridge conectado a un inversor econ mico El inversor econ mico se basa en la sustituci n de dos de los interruptores por dos condensadores haciendo al inversor m s compacto y econ mico Para el control de la red se usa un sistema de control de dos niveles el nivel m s alto gestiona el flujo de potencia y el nivel m s bajo se encarga de controlar los diferentes puertos El nivel superior activa las bater as cuando la demanda es constante y en los transitorios de potencia activa el supercondensador El nivel inferior controla el desfase del PWM de cada puerto para obtener la potencia activa y reactiva demandada por la red inteligente Se comprueba mediante simulaci n del modo isla que sin almacenamiento hay oscilaciones en la frecuencia de la red y en su voltaje pero con el almacenamiento dise ado los problemas desaparecen En 4 se reflexiona acerca de las fuentes de energ a renovables teniendo cada una de ellas ciertos inconvenientes y se concluye que lo m s aprop
36. Esta tensi n se genera a partir de la tensi n de 12V 78 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware mediante otro regulador Destaca la presencia de varios condensadores tanto a la entrada como a la salida su objetivo es estabilizar la tensi n pz TP13 DRV SUPPLY I VINI vin EN c13 cr 10uF 0 1uF 10uF 10uF S GND 4 7 GND_PV GND_PV Figura 34 Circuito de acondicionamiento para la alimentaci n a 5 V En la Figura 35 se muestra el esquema del circuito de acondicionamiento que genera la tensi n de alimentaci n a 3 3 V Esta tensi n se genera a partir de la tensi n de 5 V mediante otro regulador En este caso tambi n hay varios condensadores para estabilizar las tensiones O o gt e e TP14 L3 if PS1 vn PS2 L3 C18 Loro C21 a 3 tour 0 1uF g Em lt OR GNDI O Figura 35 Circuito de acondicionamiento para la alimentaci n a 3 3 V En la Figura 36 se muestra el circuito de acondicionamiento encargado de encender los LEDs y comprobar el estado del interruptor general El LED D27 es el encargado de indicar si se ha producido alg n error El LED D6 se enciende si el interruptor est en la posici n de OFF El LED DS se utiliza para indicar que el microinversor est alimentado en este inversor la tensi n de alimentaci n proviene de la tensi n continua d
37. PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Init c Cap tulo 2 INIT C En esta secci n se muestra el c digo del archivo init c en l se hacen todas las inicializaciones de funciones del programa void initClock void Configure Oscillator to operate the device at 40 MIPS Fosc Fin M N1 N2 Fey Fosc 2 Fosc 7 37 43 2 2 80MHz for Fosc Fey 40MHz Configure PLL prescaler PLL postscaler PLL divisor PLLFBD 41 M PLLFBD 2 CLKDIVbits PLLPOST 0 N1 2 CLKDIVbits PLLPRE 0 N2 2 Change oscillator to FRC PLL builtin write OSCCONH 0x01 New Oscillator FRC w PLL _ builtin write OSCCONL 0x01 Enable Clock Switch while OSCCONbits COSC 0b001 Wait for new Oscillator to become FRC w PLL while OSCCONbits LOCK 1 Wait for Pll to Lock Now setup the ADC and PWM clock for 120MHz FRC 16 APSTSCLR 7 37 16 1 120MHz ACLKCONbits FRCSEL 1 FRC provides input for Auxiliary PLL x16 ACLKCONbits SELACLK 1 Auxiliary Ocillator provides clock source for PWM amp ADC ACLKCONbits APSTSCLR 7 Divide Auxiliary clock by 1 ACLKCONbits ENAPLL 1 Enable Auxiliary PLL while ACLKCONbits APLLCK 1 Wait for Aux PLL to Lock void initPWM void PWM1 and PWM2 Configuration for Interleaved Flyback Drive PTCON2bits PCLKDIV 0 Maximum
38. Tool ifdef DMCI ISR int array1 100 int array2 100 int array3 100 unsigned char dmciArrayIndex 0 unsigned int dmciCount 0 endif Variable Declaration for Isolated Mode long unsigned int t 0 double wred 314 1593 double amplitud 325 2691 double tred 0 0000 double angulo 0 000 double voltaje 0 0000 int ADCBUF7Isolated 0 extern long unsigned int ticks int ADCBUF7max 0 int ADCBUF7min 1000 int inverterOutputVoltageFalse 0 prevInverterOutputVoltageFalse 0 int rectifiedInverterOutputVoltageFalse 0 peakInverterOutputVoltageFalse 0 char paso 0 void attribute interrupt no auto psv _CMP2Interrupt if criticalFaultFlag 1 amp amp criticalFaultRestartFlag 1 PTCONbits PTEN 0 RCONbits SWDTEN 0 Need to disable WDT As PWM is latched we need to set the faultState to Flyback overcurrent no matter what so that the latched fault can be removed criticalFaultFlag 1 faultState FLYBACK OVERCURRENT FS6bits AC2IF 0 void attribute interrupt no auto psv CMP3Interrupt if criticalFaultFlag 1 amp amp criticalFaultRestartFlag 1 PTCONbits PTEN 0 RCONbits SWDTEN 0 Need to disable WDT As PWM is latched we need to set the faultState to Flyback overcurrent no matter what so that the latched fault can be removed criticalFaultFlag 1 faultState FLYBACK OVERCURRENT 117 UNIVER
39. a precaution change state of Full Bridge if it hasn t already chaged fullBridgeState FULLBRIDGE INACTIVE 2ND QUADRANT ClrWdt zeroCrossDetectFlag 1 thirdQuadrantFlag 1 Allows Full Bridge to change State Grid Period Desired inverterPeriod inverterPeriodMintinverterPeriodMax 2 inverterPeriod inverterPeriodCounter inverterPeriodCounter 0 void inverterFrequencyCheck void if inverterPeriod gt inverterPeriodMin amp amp inverterPeriod lt inverterPeriodMax if inverterFrequencyErrorFlag 1 Hysteresis for the frequency once a fault has been detected if inverterPeriod gt inverterPeriodMin INVERTERPERIODHYS amp amp inverterPeriod lt inverterPeriodMax INVERTERPERIODHYS if faultState INVERTER FREQUENCY 125 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Isr c faultState NO FAULT inverterFrequencyErrorFlag 0 frequencyFaultCounter 0 else frequencyFaultCounter if frequencyFaultCounter gt 2 inverterFrequencyErrorFlag 1 frequencyFaultCounter 2 if faultState NO FAULT if systemState ISLANDSTARTUP amp amp systemState ISLANDMODE faultState INVERTER_FREQUENCY prevInverterPeriod inverterPeriod Store Inverter Period for average calculation void fullBridgeDrive void if systemState ISLANDSTARTUP amp amp systemState
40. both Flyback currents and computes the duty cycle s variation needed It is a proportional integral control The variation of duty cycles is added to the duty cycle of one Flyback and subtracted to the other The Flyback control function links these two control loops it is a proportional integer control This function has several input data output peak voltage output current input voltage MPPT factor and duty cycle variation After gathering this information this function generates the duty cycle of both Flyback converters Then these digital values are transferred to the Flyback converters through PWM signals These signals are sent to the transistors of each Flyback converter 18 Regarding to the Full Bridge control it is in charge of synchronizing the generated voltage with the reference voltage This function has two input data from reference voltage time of peak voltage negative and positive and time of zero cross It verifies whether the reference s peak voltage is generated at the same time as the peak voltage or not If peak voltages do not happen at the same time this control modifies the generated voltage through a PWM signal When the inverter operates in isolated mode some changes are made to the control loops These changes are shown in figure 3 A theoretical reference is calculated every 100 ms using a timer and a tabulated sine wave The function that controls Full Bridge inverter follows the theoretical voltage refe
41. corriente de los transformadores de los convertidores DC DC Las se ales de entrada provienen directamente de los dos transformadores de corriente que est n incluidos en el circuito del convertidor Flyback En primer lugar la corriente de salida de los transformadores de intensidad se convierte en una se al de tensi n mediante una resistencia de 15 ohmnios Esta se al pasa por un circuito amplificador no inversor de ganancia 3 5 aproximadamente de esta manera se ajusta el rango de la tensi n a los valores del microprocesador Seguidamente se incluye un condensador para estabilizar la tensi n y un diodo doble para mantener la se al entre O y 3 3V Posteriormente hay un divisor de tensi n del que se obtiene una se al que se utiliza para detener el m dulo PWM si hay sobre corriente en alguno de los Flyback Esta sef al es enviada al comparador anal gico que posee el microprocesador para que este la compare con una referencia fijada por software de control Por lo tanto este circuito genera dos salidas por cada transformador una para obtener el valor de la corriente y otra para indicar al microprocesador que hay una sobre corriente Para ver las conexiones v ase la Figura 20 64 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware FLY CURRENTI JP1 Q FLY1_CT p 0O FLY_CURRENTI_CMP Furi CH Q IC1B FLY CURRENTI
42. cualquier otro sistema de seguridad o de protecci n b Reproducirla en un soporte digital para su incorporaci n a una base de datos electr nica incluyendo el derecho de reproducir y almacenar la obra en servidores a los efectos de garantizar su seguridad conservaci n y preservar el formato c Comunicarla y ponerla a disposici n del p blico a trav s de un archivo abierto institucional accesible de modo libre y gratuito a trav s de internet d Distribuir copias electr nicas de la obra a los usuarios en un soporte digital 42 Derechos del autor El autor en tanto que titular de una obra que cede con car cter no exclusivo a la Universidad por medio de su registro en el Repositorio Institucional tiene derecho a a A que la Universidad identifique claramente su nombre como el autor o propietario de los derechos del documento b Comunicar y dar publicidad a la obra en la versi n que ceda y en otras posteriores a trav s de cualquier medio C Solicitar la retirada de la obra del repositorio por causa justificada A tal fin deber ponerse en contacto con el vicerrector a de investigaci n curiarte rec upcomillas es d Autorizar expresamente a COMILLAS para en su caso realizar los tr mites necesarios para la obtenci n del ISBN En el supuesto de que el autor opte por el acceso restringido este apartado quedar a redactado en los siguientes t rminos c Comunicarla y ponerla a disposici n del p bl
43. de control y se ejecuta la m quina de estados programada v ase la Figura 41 Durante las verificaciones se comprueba el valor de la tensi n de entrada la corriente de entrada la tensi n de salida la corriente a la salida la corriente del Flyback etc Dependiendo del estado en el que se encuentre el programa se generar la respuesta adecuada Todas las salidas son se ales de control digitales y se ales PWM Respecto a la m quina de estados hay tres estados el estado de error el estado de arranque y el estado de funcionamiento El programa est en todo momento en un estado En el estado de error se comprueba si hay errores Si los errores desparecen espera durante 1 segundo y pasado este tiempo se pasa al estado de arranque En el estado de arranque se verifica que no se da ning n error y si es as durante 60 cruces por cero de la tensi n de referencia se salta al estado de funcionamiento Si se produce alg n error se vuelve al estado anterior En el estado de funcionamiento se activa el inversor Full Bridge se comprueba que no haya ning n error y se act a sobre las se ales de mando para que la onda generada est sincronizada con la red Si se produce alg n error se vuelve al primer estado 2 4 ALGORITMOS DE CONTROL En esta secci n se comentan los lazos de realimentaci n utilizados para controlar el microinversor AN1444 En este dise o coexisten tres lazos de realimentaci n v ase la Figura 43 Existe un co
44. interrupt if the fault is removed and the delay has passed ledCounter 0 interruptCounter 0 LED DRV1 OFF TMR3 0 FSObits T3IF 0 Timer 1 Interrupt 51 us void attribute _ interrupt no auto psv _TlInterrupt TMR1 0 Ticks para el reloj del modo isla gt Tensi n AC tickstt if ticks gt 784 80ms 1569 20ms 392 40ms 784 ticks 0 FSObits T1IF 0 Timer 2 Interrupt 100us interrupt performs fault checking and system statemachine void attribute interrupt no auto psv _T2Interrupt 131 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Statemachine c Check Inverter Output Over Voltage Condition if peakInverterOutputVoltage INVERTER OVERVOLTAGE LIMIT amp amp inverterOverVoltageFlag 0 inverterOverVoltageCounter if inverterOverVoltageCounter gt 2 if faultState NO FAULT faultState INVERTER_VOLTAGE inverterOverVoltageFlag 1 else if peakInverterOutputVoltage lt INVERTER_OVERVOLTAGE_LIMIT_HYS amp amp inverterOverVoltageFlag T if faultState INVERTER VOLTAGE faultState NO FAULT inverterOverVoltageFlag 0 else inverterOverVoltageCounter 0 if peakInverterOutputVoltage lt INVERTER UNDERVOLTAGE LIMIT amp amp inverterUnderVoltageFlag 0 inverterUnderVoltageCounter if inverterUnderVoltageCounter gt 2 if faultS
45. legislaci n aplicable y con fines de estudio investigaci n o cualquier otro fin l cito Con dicha finalidad la Universidad asume los siguientes deberes y se reserva las siguientes facultades a Deberes del repositorio Institucional La Universidad informar a los usuarios del archivo sobre los usos permitidos y no garantiza ni asume responsabilidad alguna por otras formas en que los usuarios hagan un uso posterior de las obras no conforme con la legislaci n vigente El uso posterior m s all de la copia privada requerir que se cite la fuente y se reconozca la autor a que no se obtenga beneficio comercial y que no se realicen obras derivadas La Universidad no revisar el contenido de las obras que en todo caso permanecer bajo la responsabilidad exclusiva del autor y no estar obligada a ejercitar acciones legales en nombre del autor en el supuesto de infracciones a derechos de propiedad intelectual derivados del dep sito y archivo de las obras El autor renuncia a cualquier reclamaci n frente a la Universidad por las formas no ajustadas a la legislaci n vigente en que los usuarios hagan uso de las obras La Universidad adoptar las medidas necesarias para la preservaci n de la obra en un futuro UNIVERSIDAD PONTIFIC ICAI ICADE CoMiLLAS b Derechos que se reserva el Repositorio institucional respecto de las obras en l registradas retirar la obra previa notificaci n al autor en supuestos sufi
46. mico 8200pF 10 50V X7R 0603 Condensador cer mico multicapa 2200pF 0603 50V X7R 20 Condensador cer mico multicapa 470pF 50V CERAMIC X7R 0603 Condensador capacitivo Cer mico 4700pF 250VAC X1Y2 Rad Condensador capacitivo Cer mico 4700pF 250VAC X1Y2 Rad Condensador de pel cula MMKP 0 015uF 1000VDC 5 Condensador cer mico multicapa 1000pF 50V X7R 0603 Condensador de pel cula 0 1uF 630VDC RADIAL Condensador capacitivo Cer mico 2200pF 5 100V NPO 1210 158 Uds 1 21 Precio ud 0 282 0 07 0 006 0 014 0 062 1 004 0 21 0 096 0 444 0 033 0 592 0 592 0 76 0 192 0 337 0 568 Pedido minimo 10 100 50 150 10 25 10 10 Coste total 2 82 7 00 0 05 0 29 3 10 5 02 31 50 0 96 11 10 0 33 2 37 0 59 2 28 0 19 3 37 1 14 Nombre C60 C71 C61 C62 C72 C73 C83 C84 C85 C86 C63 C64 C65 C66 C67 C68 C90 D1 D2 D3 D9 D11 D4 D26 D27 D5 D6 D7 D8 D10 D12 D28 D13 D14 D15 D16 D17 D20 D21 D22 D23 D24 D25 D18 D19 D29 F1 F2 J1 J2 J3 J4 J5 J6 L1 L2 L3 L4 L7 L5 L8 L6 L9 Componentes Condensador capacitivo Cer mico 10uF 100V X7S 2220 Condensador capacitivo Cer mico 2 2uF 250V 20 X7T 2225 Condensador electrol tico de Aluminio 2200uF 63V 20 Radial Condensador capacitivo Cer mico 120pF 50V 5 COG 0603 Condensador capacitivo Cer mico 220pF 50V 10 X7R 0603
47. optimizar la potencia entregada buscando la tensi n de entrada que la maximiza Este algoritmo es especialmente til si conectamos un panel solar a la entrada del inversor Los paneles solares tienen una tensi n a la que la potencia entregada es m xima Dicha tensi n depende de la temperatura y la luminosidad v ase la Figura 13 Este algoritmo usa el m todo de perturbaci n y observaci n P40 Perturb and Observe Method Se genera una peque a perturbaci n si esta perturbaci n aumenta la potencia la siguiente perturbaci n tendr el mismo signo Por el contrario si se disminuye la potencia entregada la siguiente perturbaci n tendr signo contrario Este algoritmo se ejecuta una vez cada tres periodos de la onda alterna por lo que el punto de trabajo va variando constantemente 57 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Arquitectura Maximum Power Point Figura 13 Funcionamiento del algoritmo MPPT 58 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware Cap tulo 3 AN LISIS DEL HARDWARE 3 1 INTRODUCCI N En este cap tulo se indican los dise os de los circuitos anal gicos que sirven para medir actuar o controlar el inversor As mismo se muestran los dise os del circuito impreso de cada uno de ellos 3 2 SENSOR DE CORRIENTE ALTERNA
48. rbol de los posibles estados y posteriormente se plantea un problema de programaci n lineal entera mixta que se soluciona mediante CPLEX Adem s se efect an varias pruebas num ricas y se comprueba que realmente funciona el sistema propuesto Por ltimo se concluye que es importante usar toda la energ a solar optimizar la gesti n de la bater a y que el enfriamiento previo durante los periodos de precio bajo de la energ a implica un ahorro importante 42 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n En 14 se introduce el concepto de nanored nanogrid que consiste en una red de corriente continua aislada de la red de distribuci n Posteriormente se indica que el objetivo del trabajo es el dise o de un sistema de control de este tipo de redes El sistema de control se basa en medir la tensi n en cada uno de los nodos de la red y en funci n de estos valores determina el estado en que se encuentra la nanored La estrategia del control se basa en usar en primer lugar las fuentes renovables de energ a y si sobra generaci n recargar las bater as Si la tensi n baja las fuentes renovables no aportan suficiente energ a se usan las bater as nicamente en el caso de que esto no sea suficiente se activan las fuentes de energ a no renovables Por ltimo se realiza una simulaci n que comprueba la viabilidad del sistema de control En 15 se comenta
49. utilizan para que la onda alterna generada realice los cruces por cero al mismo tiempo que la tensi n de referencia Esta tensi n de referencia puede ser la tensi n de la red de distribuci n o una tensi n te rica 71 n T Qo ei ok B z E oz Q a ZZ e E x ERO z E Oa E A lt Z 8 az ns e EL EB gt jmd Z 5 gt y m INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware Niy Loy 10d Sar Ni 1331 108 Edr AYO O1d0 zdr Ni 19 dO Lar NLY 1331 dO O SG 1331 dOL o SId QN9 ddr Nid 194 10d NIM 1331 108 0502180034 Sid QNO Nly 194 dOl 050418004 910 N9 yoz on z 30 194 dOl Nix 1331 dOL Tt TAY O1d0 0s02 13003 Nig 1331 108 ano Af 91070N9 Naupt 2051 u93 dl Ks Nig 1931 dol 0504180034 910 M 30 1331 108 9id auo NiY 1431 108 O at 1noA14 Yoz AMO 414 CEJ WHO 0140 Ve 30 13357 dOL Figura 26 Esquema del puente H 72 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware A continuaci n se muestra el circuito impreso disef ado que est representado en la Figura 27 Full Bridge Circuit v1 0 Ene 2014 de T L DRT L RTN GND PU DPTO1 OPTO2 Q OD nas O MB LJ a Thre SN FLY_OUT FLY_OUT fad B_L_DR B L RTN Figura 27 Circuito impreso d
50. 0 H E EMI Filter 1 0 Ene 2014 QNS Figura 40 Circuito impreso del filtro EMI 83 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Desarrollo del software Cap tulo 4 DESARROLLO DEL SOFTWARE 4 1 INTRODUCCI N En este cap tulo se describe el funcionamiento del programa en C que controla el microinversor AN1444 Este c digo est configurado para actuar de dos formas distintas en funci n de si existe o no una referencia de tensi n alterna 4 2 FUNCIONAMIENTO CONECTADO A LA RED DE DISTRIBUCI N En esta secci n se explica c mo act a el c digo cuando tiene una tensi n alterna de referencia es decir cuando el inversor est conectado a la red de distribuci n En primer lugar hay que tener en cuenta que el c digo se ha desarrollado a partir del c digo original del microinversor AN1444 Este c digo solo contemplaba la posibilidad de funcionar conectado a la red de distribuci n el ctrica Su funcionamiento se basaba en la m quina de estados representada en la Figura 41 En esta m quina de estados hay tres estados System Error System Start Up y Day Mode A continuaci n se describen estos tres estados En el estado System Error el inversor est apagado y no entrega potencia a la red El inversor llegar a dicho estado cuando se produzca alg n error o cuando el interruptor general este en la posici n OFF
51. 0 unsigned int criticalFaultCounter 0 pvPanelMPPOverVoltageCnt 0 unsigned int inverterOutputOverCurrent 0 Start up and Restart Variables unsigned char zeroCrossDelay 45 startFullBridgeFlag 0 unsigned char zeroCrossDelayNom 30 zeroCrossDelayMin 22 zeroCrossDelayMax 37 unsigned char acCurrentOffsetFlag 0 acCurrentOffsetCounter 0 unsigned int systemRestartCounter 0 acCurrentOffset 0 unsigned int inverterPeriodMin INVERTERPERIOD60HZMIN inverterPeriodMax INVERTERPERIOD50HZMAX long unsigned int acCurrentOffsetAverage 0 MPPT and Load Balance Variables unsigned char loadBalanceCounter 0 mpptCounter 0 mpptStartUpFlag 0 unsigned int inputVoltageAverage 0 inputCurrentAverage 0 openCircuitVoltage 0 unsigned int mpptFactor MPPTFACTORMINIMUM int inputPower 0 prevInputVoltageAverage 0 deltaDutyCycle 0 Startup in system error If a fault is detected faultstate will change during the restart counter unsigned char systemState SYSTEMERROR unsigned char switchState SWITCHOFF unsigned char faultState NO FAULT Externally Defined Variables extern unsigned char avgInputDataReadyFlag startupZeroCrossCounter extern unsigned char criticalFaultFlag acCurrentOffsetFlag ninetyDegreeDetectFlag extern unsigned char burstModeActiveFlag extern unsigned int mpptFactorMaximum numberofSamples extern unsigned int measuredTemperature driveSupplyVoltage refe
52. 0mA SOD323 Diodo Schottky 500mA 20V 0603 LED Rojo SMD 0603 LED Verde SMD 0603 153 Precio ud 0 282 0 07 0 006 0 014 0 062 1 004 0 21 0 096 0 444 0 033 0 592 0 592 0 76 0 192 0 337 0 568 1 766 1 73 2 3 0 071 0 039 0 104 0 163 0 352 0 104 0 112 Nombre D6 D7 D8 D10 D12 D28 D13 D14 D15 D16 D17 D20 D21 D22 D23 D24 D25 D18 D19 D29 F1 F2 J1 J2 J3 J4 J5 J6 L1 L2 L3 L4 L7 L5 L8 L6 L9 MOV1 MOV2 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q8 Q7 Q9 R1 R10 R52 R57 R64 R69 R78 R80 R86 R88 R93 R94 R104 R107 R110 R111 R118 R119 R126 R127 R2 R32 R37 R38 R39 R41 R42 R44 R45 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R133 R134 R137 R138 R9 R13 R22 R43 R47 R56 R59 R68 R70 R112 R117 R120 R125 R135 R136 Presupuesto Componentes LED Amarillo SMD 0603 Diodo Schottky 200mA 30V SOT23 Referencia tensi n 2 5V 196 Aj SOT23F Diodo Schottky 500MA 40V SOD123 Diodo Schottky 10A 1200V TO252 2 Diodo Zener TVS Bidireccional 400W 10V SMA Fusible Lento 250VAC 6 3A Radial Conector modular Jack 6 6 RT A PCB 50AU Conector Terminal Strip 2X6 0 100sp 0 025 sq post Conector Terminal Strip 1X2 0 100sp 0 025 sq post Conector con barreras Strip 3POS 375 Conector PCB 250 Bobina 220uH 700 mOhms DCR 5MHz Bobina 22uH 787 mOhms DCR 29 4 MHz Bobina 10uH 1096 Bobina toroidal 150UH 1596 HORIZ N cleo de ferrita para fusibles 60 OHM 6000MA 1806 Filtro de m
53. 1 1 4 Mano de obra directa oooococcoccononconncnncononcnnconnc mene 152 1 5 Servicios Auxiliates i os iren e repe gene numm eee det depre Y eels 152 2 Precios unitaris ocior p eae o EAR ER HAS sssini XE SE FETERVER UIT NOE CHR E oe 153 2 1 Componentes principales cc ceece ee eee scence ence nee eee 153 2 2 Equipo y herramientas 0 cceceeeececeeeeceeeneeceeeeseesseeeseee 136 ESO O NN 156 2 4 Mano de obra directa ooooooocooccononconconocnnoncnncn non nc een 157 2 5 Servicios Auxiliares ii cen whined eyed ae 157 3j sumas parciales es ces ds ins e ae Ya ido o eR neue ae Ts 158 3 1 Componentes principales sssssssseseeeee mee 158 3 2 Equipo y herramientaS ooooooconconconconconconcononnconon emm 102 ERICH 163 3 4 Mano de obra directa ooooooooocconcononnconconcnncnncnncnncnn ene conc raa nano 163 3 5 Servicios Auxiliares esses eee mens 163 4 Presupuesto general iia iaa ba 164 147 Cap tulo 1 Mediciones En este cap tulo se recogen las unidades de los componentes y equipos utilizados as como las Presupuesto horas imputadas al proyecto divididas en varias partidas diferentes 1 1 Componentes principales Nombre C1 C2 C3 C32 C44 C45 C46 C47 C80 C81 C4 C7 C8 C9 C11 C14 C21 C22 C23 C24 C28 C35 C40 C54 C57 C74 C75 C77 C78 C82 C89 C5 C20 C25 C29 C39 C55 C76 C79 C6 C10 C13 C16 C17 C18 C19 C27 C
54. 206 SMD Resistencia 100 Ohms 1 10W 5 0603 SMD Resistencia 30 KOhms 1 10W 5 0603 SMD Resistencia 20 0 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 15 0 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 3 3 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Interruptor tactil SPST NO 0 05A 12V Utillaje puntos de medida Transformador 1VA 115 230V 10VCT 5V 10VCT 90mA Transformador 264uH 1 5 DCR 3 6MH 95pF Nucleo de transformador RM14 230Vac Soporte n cleo bobina Coilformer RM14 12 pins Transformador del sensor de corriente3000uH SMD Microprocesador High Performance 32 bit Digital Signal Controller 44 Pin QFN Regulador de conmutaci n IC BUCK ADJ 35A 8MSOP 161 Uds 31 Precio ud 0 064 9 73 0 018 0 018 0 014 0 012 0 028 0 1 0 003 0 028 0 022 0 118 0 044 0 055 0 005 0 003 0 003 0 015 0 184 0 555 11 1 1 43 10 31 1 368 3 18 5 05 2 72 Presupuesto Pedido m nimo 1 1 50 50 50 50 50 50 Coste total 0 06 9 73 0 90 0 90 0 70 0 60 1 40 1 00 0 01 1 40 1 10 0 59 2 20 2 75 0 01 0 00 0 00 0 75 0 18 17 21 11 10 2 86 20 62 6 84 6 36 5 05 2 72 Presupuesto P A Coste Precio Pedido Nombre Componentes Uds 2 total ud minimo Convertidor de tensi n IC REG BUCK ADJ U3 1 4 4 77 0 6A SOT23 6 Puy 3 U4 Regulador de tensi n 3 3V 250MA SOT 89 3 1 0 38 1 0 38 U5 U6 U7 Amplificador operacional dual 2 5V 8SOIC 3 1 28 5 6 40 U8 Sensor de temperature line
55. 20V 0603 LED Rojo SMD 0603 LED Verde SMD 0603 148 Uds u 0 N NM WHE B w ewor o iucdunnuinm5Diwii R125 R135 R136 Presupuesto 149 Nombre Componentes Uds D6 LED Amarillo SMD 0603 1 D7 D8 D10 D12 D28 Diodo Schottky 200mA 30V SOT23 5 D13 Referencia tension 2 5V 1 Aj SOT23F 1 M pss pos Gee Boe Diodo Schottky 500MA 40V SOD123 10 D18 D19 Diodo Schottky 10A 1200V TO252 2 2 D29 Diodo Zener TVS Bidireccional 400W 10V SMA 1 F1 F2 Fusible Lento 250VAC 6 3A Radial 2 J1 Conector modular Jack 6 6 RT A PCB 50AU 1 J2 Conector Terminal Strip 2X6 0 100sp 0 025 sq post 1 J3 Conector Terminal Strip 1X2 0 100sp 0 025 sq post 1 J4 Conector con barreras Strip 3POS 375 1 J5 J6 Conector PCB 250 2 L1 Bobina 220uH 700 mOhms DCR 5MHz 1 L2 Bobina 22uH 787 mOhms DCR 29 4 MHz 1 L3 Bobina 10uH 1096 1 L4 L7 Bobina toroidal 150UH 1596 HORIZ 2 L5 L8 N cleo de ferrita para fusibles 60 OHM 6000MA 1806 2 L6 Filtro de modo com n 3 3uH 2 5A 1 L9 Inductor fijo 0 22uH 40 5A SMD 1 MOV1 MOV2 Varistor 275V RMS 14mm Radial 2 Q1 Transistor bipolar NPN GP 500mA 45V SOT23 1 Q2 Q3 Q4 Q5 Transistor Mosfet Canal N 600V 20 2A TO263 4 Q6 Q8 Transistor Mosfet Canal P 150V 8 9A 1212 8 2 Q7 Q9 Transistor Mosfet Canal N 150V 83A D2PAK 2 R1 R10 R52 R57 R64 R69 e es Resistencia 10 KOhms 1 10W 1 0603 SMD 20 R118 R119 R126 R127 d a eda Resistencia 3 3 KOhms 1 10W 1 9 R3 Resistencia 165 KOhms 1 10W 196 0603 SMD
56. 33 C37 C30 C41 C42 C43 C48 C49 C52 C53 C87 C50 C51 C88 C56 C58 C69 C59 C70 C60 C71 C61 C62 C72 C73 C83 C84 C85 C86 C63 C64 C65 C66 C67 C68 C90 D1 D2 D3 D9 D11 D4 D26 D27 D5 Componentes Condensador capacitivo ceramico 1 0UF 100V X7R 1206 Condensador capacitivo cer mico 10uF 100V X7R 10 0805 Condensador capacitivo ceramico 0 01uF 50V X7R Condensador capacitivo cer mico 0 1uF 50V X7R Condensador capacitivo cer mico 1uF 16V X5R Condensador electrol tico de T ntalo 100uF 16V 10 2917 Condensador capacitivo cer mico 10uF 16V X5R Condensador capacitivo cer mico 8200pF 10 50V X7R 0603 Condensador cer mico multicapa 2200pF 0603 SOV X7R 20 Condensador cer mico multicapa 470pF 50V CERAMIC X7R 0603 Condensador capacitivo Cer mico 4700pF 250VAC X1Y2 Rad Condensador capacitivo Cer mico 4700pF 250VAC X1Y2 Rad Condensador de pel cula MMKP 0 015uF 1000VDC 5 Condensador cer mico multicapa 1000pF 50V X7R 0603 Condensador de pel cula 0 1uF 630VDC RADIAL Condensador capacitivo Cer mico 2200pF 596 100V NPO 1210 Condensador capacitivo Cer mico 10uF 100V X7S 2220 Condensador capacitivo Cer mico 2 2uF 250V 2096 X7T 2225 Condensador electrol tico de Aluminio 2200uF 63V 2096 Radial Condensador capacitivo Cer mico 120pF 50V 596 COG 0603 Condensador capacitivo Cer mico 220pF 50V 1096 X7R 0603 Diodo Schottky 1A 60V SMA Diodo switch 75V 300mA SOD323 Diodo Schottky 500mA
57. 99 R101 Resistencia 150 KOhms 1 4W 5 1206 SMD 3 R98 R100 Resistencia 240 KOhms 1 4W 5 1206 SMD 2 R102 Resistencia 300 KOhms 1 4W 5 1206 SMD 1 R103 Resistencia 100 Ohms 1 10W 5 0603 SMD 1 R105 Resistencia 30 KOhms 1 10W 5 0603 SMD 1 R108 Resistencia 20 0 KOhms 1 10W 1 0603 SMD 1 R109 Resistencia 15 0 KOhms 1 10W 1 0603 SMD 1 R141 Resistencia 3 3 KOhms 1 10W 1 0603 SMD 1 swi Interruptor tactil SPST NO 0 05A 12V 1 TP1 TP2 TP3 TP4 TP5 TP6 TP7 TP8 TP9 TP10 TP11 TP12 TP13 TP14 TP15 TP16 TP17 TP18 TP19 Utillaje puntos de medida 31 TP20 TP21 TP22 TP23 TP24 TP25 TP26 TP27 TP28 TP29 TP30 TP31 TR1 Transformador 1VA 115 230V 10VCT 5V 10VCT 90mA 1 TR2 TR3 Transformador 264uH 1 5 DCR 3 6MH 95pF 2 TR4 TR6 N cleo de transformador RM14 230Vac 2 Base de TR4 y TR6 Soporte n cleo bobina Coilformer RM14 12 pins 2 Presupuesto 150 Presupuesto Nombre Componentes Uds TR5 TR7 Transformador del sensor de corriente3000uH SMD 2 i Microprocesador 1 High Performance 32 bit Digital Signal Controller 44 Pin QFN U2 Regulador de conmutaci n IC BUCK ADJ 35A 8MSOP 1 U3 Convertidor de tensi n IC REG BUCK ADJ 0 6A SOT23 6 1 U4 Regulador de tensi n 3 3V 250MA SOT 89 3 1 U5 U6 U7 Amplificador operacional dual 2 5V 8SOIC 3 U8 Sensor de temperature lineal SC70 5 1 U9 U10 U11 U12 Optoacoplador para salida de transistores 4 SMD 4 U13 U16 U17 Driver IC MOSFET DVR 4 0A DUAL 8SOIC 3 U14 Sensor de corrient
58. ARTUP amp amp systemState ISLANDMODE inverterOutputVoltage ADCBUF7 5 referenceVoltage else Se calcula el tiempo if IECObits T1IE 1 ECObits T1IE t ticks IECObits T1IE 0 Disable Timerl interrupt 1 Enable Timerl interrupt Se calcula el valor que deber a tener la tensi n tred 0 051 t angulo wred tred angulo angulo 0 08133 511 2 3 1416 81 33 angulo int angulo 512 voltaje amplitud double seno512 int angulo 10000 Despeje de la ecuaci n voltaje voltaje 5 190 voltaje voltaje 0 23 2 5 6 2 27 0 23 voltaje 0 66 voltaje 3 3 1 69 3 3 0 66 118 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Isr c Pasar a digital el valor ADCBUF7Isolated int voltaje 310 1023 3 3 310 ADCBUF7Isolated ADCBUF7Isolated 5 Simulaci n de la lectura inverterOutputVoltageFalse ADCBUF7Isolated 5 referenceVoltage Lectura de la realidad para control en lazo cerrado inverterOutputVoltage ADCBUF7 lt lt 5 referenceVoltage Rectified Inverter Output Voltage if inverterOutputVoltage gt 0 rectifiedInverterOutputVoltage inverterOutputVoltage else rectifiedInverterOutputVoltage inverterOutputVoltage Find Peak Inverter Output Voltage if rectifiedInverterOutputVoltage maxInverterOutputVoltage 1 max
59. Con el fin de dar la m xima difusi n a la obra citada a trav s del Repositorio institucional de la Universidad y hacer posible su utilizaci n de forma libre y gratuita con las limitaciones que m s adelante se detallan por todos los usuarios del repositorio y del portal e ciencia el autor CEDE a la Universidad Pontificia Comillas de forma gratuita y no exclusiva por el m ximo plazo legal y con mbito universal los derechos de digitalizaci n de archivo de reproducci n de distribuci n de comunicaci n p blica incluido el derecho de puesta a disposici n electr nica tal y como se describen en la Ley de Propiedad Intelectual El derecho de transformaci n se cede a los nicos efectos de lo dispuesto en la letra a del apartado siguiente 32 Condiciones de la cesi n Sin perjuicio de la titularidad de la obra que sigue correspondiendo a su autor la cesi n de derechos contemplada en esta licencia el repositorio institucional podr Especificar si es una tesis doctoral proyecto fin de carrera proyecto fin de M ster o cualquier otro trabajo que deba ser objeto de evaluaci n acad mica UNIVERSIDAD PONTIFIC ICAI ICADE CoMiLLAS a Transformarla para adaptarla a cualquier tecnolog a susceptible de incorporarla a internet realizar adaptaciones para hacer posible la utilizaci n de la obra en formatos electr nicos as como incorporar metadatos para realizar el registro de la obra e incorporar marcas de agua o
60. D O P R Raa d 1 OPA2130U 7 5K R56 CE FLY1 CT E R46 e JP2 FLY CURRENTI CMP FLY2 CT FLY2 CT hb 5O FLY CURRENTZ c39 1 m 2 2 ups pe A R62 1 on j i DFLY2 CT 4 GND GND FU ETE Pt enews ie er Bue 3 JP4 FLY_CURRENT2_CMP GND GND Rp Bavigg WS BV R6g Li 10K Figura 20 Esquema del sensor de corriente del Flyback A continuaci n se muestra el circuito impreso disefiado que est representado Figura 21 en la 65 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware TI Oo V Flyback Current Sense v1 0 Ene 2014 Figura 21 Circuito impreso del sensor de corriente del Flyback 3 6 CONVERTIDOR FLYBACK En esta secci n se comentan los componentes del circuito que incluye los dos convertidores Flyback que funcionan conectados en paralelo Son unos convertidores DC DC encargados de elevar la tensi n desde los valores de entrada entre 20 y 45V hasta el valor de la tensi n de la red de distribuci n La tensi n de entrada pasa al transformador a trav s de varios condensadores en paralelo estos condensadores son de desacoplamiento Su funci n es mantener la tensi n aproximadamente constante incluso cuando la tensi n de entrada sufra variaciones transitorias Los transformadores TR4 y TR6 son los encargados de e
61. Diodo Schottky 1A 60V SMA Diodo switch 75V 300mA SOD323 Diodo Schottky 500mA 20V 0603 LED Rojo SMD 0603 LED Verde SMD 0603 LED Amarillo SMD 0603 Diodo Schottky 200mA 30V SOT23 Referencia tensi n 2 5V 1 Aj SOT23F Diodo Schottky 500MA 40V SOD123 Diodo Schottky 10A 1200V TO252 2 Diodo Zener TVS Bidireccional 400W 10V SMA Fusible Lento 250VAC 6 3A Radial Conector modular Jack 6 6 RT A PCB 50AU Conector Terminal Strip 2X6 0 100sp 0 025 sq post Conector Terminal Strip 1X2 0 100sp 0 025 sq post Conector con barreras Strip 3POS 375 Conector PCB 250 Bobina 220uH 700 mOhms DCR 5MHz Bobina 22uH 787 mOhms DCR 29 4 MHz Bobina 10uH 10 Bobina toroidal 150UH 15 HORIZ N cleo de ferrita para fusibles 60 OHM 6000MA 1806 Filtro de modo com n 3 3uH 2 5A Inductor fijo 0 22uH 40 5A SMD 159 2 Eb PUPP wWwPP NIP PP NB e N Precio ud 1 766 1 73 2 3 0 071 0 039 0 104 0 163 0 352 0 104 0 112 0 112 0 143 0 124 0 192 6 4 0 78 0 663 0 97 1 48 0 325 3 18 0 068 0 81 0 53 0 53 3 99 0 28 2 58 2 49 Presupuesto Pedido m nim 5 10 Coste total 8 83 17 30 11 50 3 55 0 39 0 10 0 16 1 06 0 31 0 11 0 11 1 43 3 10 1 92 12 80 0 78 6 63 4 85 14 80 3 25 3 18 0 14 0 81 0 53 0 53 7 98 2 80 2 58 2 49 Nombre MOV1 MOV2 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q8 Q7 Q9 R1 R10 R52 R57 R64 R69 R78 R80 R86 R88 R93
62. IA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Statemachine c mpptFactor MAXINCREMENTMPPTFACTOR else if deltaV LARGEVOLTAGEDIFFERENCE mpptFactor MAXDECREMENTMPPTFACTOR lt lt mpptScaleFactor else if deltaV 0 mpptFactor MINDECREMENTMPPTFACTOR lt lt mpptScaleFactor else if inputPower lt prevInputPower if deltaV LARGEVOLTAGEDIFFERENCE mpptFactor MAXDECREMENTMPPTFACTOR lt lt mpptScaleFactor else if deltaV 0 mpptFactor MINDECREMENTMPPTFACTOR lt lt mpptScaleFactor else if deltaV LARGEVOLTAGEDIFFERENCE mpptFactor MAXINCREMENTMPPTFACTOR else if deltaV 0 mpptFactor MININCREMENTMPPTFACTOR Saturate the MPPT limit to min and max values if mpptFactor mpptFactorMaximum Pee s mpptFactorMaximum TA if mpptFactor lt MPPTFACTORMINIMUM id MPPTFACTORMINIMUM Store off last known input power and input voltage prevInputVoltageAverage inputVoltageAverage Software for debugging purposes ifdef DMCI_MPPT arrayl dmciArrayIndex mpptFactor array2 dmciArrayIndex deltaV array3 dmciArrayIndext inputPower if dmciArrayIndex gt 100 dmciArrayIndex 0 endif void LoadBalance void static int loadBalloutput 0 int diffFlybackCurrent 0 loadBalPoutput 0 loadBalPloutput 0 Difference of the two Flyback MOSFET Currents diffFlyb
63. IFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n BAN Body Area Network PAN Personal Area Network LAN Local Area Network Figura 10 Niveles de una red domestica 21 1 2 MOTIVACI N DEL PROYECTO En esta secci n se explica la motivaci n del proyecto y porque se ha desarrollado el proyecto de la manera escogida Tras el estudio de las tecnolog as existentes se observa que uno de los componentes principales son los convertidores DC AC y los convertidores AC DC Se eligi trabajar con convertidor DC AC por varios motivos los convertidores DC AC son m s complejos que los convertidores AC DC y adem s son los encargados de fijar las caracter sticas de la tensi n de la microrred cuando esta se encuentra aislada de la red de distribuci n Cabe destacar que la mayor a de los inversores actuales no son reprogramables y que si lo son es a un alto precio Asimismo los inversores actuales en general tienen alguno de estos defectos no se sincronizan con la red no optimizan las condiciones de funcionamiento o necesitan una tensi n base Por todo ello la motivaci n principal es superar todos los defectos mencionados anteriormente intentando reducir el coste de fabricaci n 50 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n 1 3 OBJETIVOS El objetivo principal del p
64. InverterOutputVoltage rectifiedInverterOutputVoltage Rectify AC current and check for over current condition on the ouput if inverterOutputCurrent gt 0 rectifiedInverterOutputCurrent inverterOutputCurrent else rectifiedInverterOutputCurrent inverterOutputCurrent Find Peak Inverter Output Voltage False if inverterOutputVoltageFalse gt 0 rectifiedInverterOutputVoltageFalse inverterOutputVoltageFalse else rectifiedInverterOutputVoltageFalse inverterOutputVoltageFalse if rectifiedInverterOutputVoltageFalse gt peakInverterOutputVoltageFalse peakInverterOutputVoltageFalse rectifiedInverterOutputVoltageFalse Find Peak Inverter Output Current if rectifiedInverterOutputCurrent gt maxInverterOutputCurrent maxlInverterOutputCurrent rectifiedInverterOutputCurrent Moving Average of Flyback Currents for load sharing flybackCurrentlSum flybackCurrent1Sum flybackCurrentl flybackCurrentlArray currentArrayCnt averageFlybackCurrentl flybackCurrentliSum gt gt 3 flybackCurrent2Sum flybackCurrent2Sum flybackCurrent2 flybackCurrent2Array currentArrayCnt averageFlybackCurrent2 flybackCurrent2Sum gt gt 3 flybackCurrentlArray currentArrayCnt flybackCurrentl 119 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Isr c flybackCurrent2Array currentArrayCnt fly
65. Multiply flyback period by total output to get the flyback duty cycle flybackDutyCycle builtin mulss int totalOutput int FLYBACKPERIOD gt gt 15 If duty cycle is less than dead time make duty cycle equal to dead time if flybackDutyCycle lt FLYBACKALTDTR FLYBACKDUTY1 FLYBACKALTDTR FLYBACKDUTY2 FLYBACKALTDTR else FLYBACKDUTY1 flybackDutyCycle deltaDutyCycle FLYBACKDUTY2 flybackDutyCycle deltaDutyCycle Update ADC Triggers trigger near end of PWM On time TRIG1 FLYBACKDUTY1 FLYBACKDUTY1 gt gt 2 TRIG2 FLYBACKDUTY2 FLYBACKDUTY2 gt gt 2 129 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Statemachine c Cap tulo 5 STATEMACHINE C En esta secci n se muestra el c digo del archivo statemachine c en l se realizan diversas comprobaciones de seguridad y se ejecuta la m quina de estados del c digo finclude Solar Microinverter Statemachine h System Fault Variables unsigned char storeFaultState 0 faultCheckFlag 0 criticalFaultRestartFlag 0 unsigned char pvPanelOverVoltageFlag 0 pvPanelUnderVoltageFlag 0 overTemperatureFlag 0 unsigned char inverterOverVoltageFlag Oy inverterUnderVoltageFlag Oy pvUnderVoltageCounter 0 unsigned char inverterUnderVoltageCounter 0 inverterOverVoltageCounter 0 unsigned char tempFaultCnt 0 driveSupplyFaultCnt 0 referenceVoltageFaultCnt
66. OMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Init c PDC3 PHASE3 gt gt 1 50 duty cycle SDC3 SPHASE3 gt gt 1 PWMCON3bits DTC 3 Dead time disabled IOCON3bits PMOD 1 Redundant Output Mode ll IOCON3bits PENH 1 PWM controls I O pins IOCON3bits PENL 1 IOCON3bits OVRDAT IOCON3bits OVRENH IOCON3bits OVRENL 1 o Full Bridge override data Safe State Enable override Disable MOSFETs p se PWM3 Fault Current Limit Setup FCLCON3bits FLTMOD 3 Disable Faults void initADC void ADCONbits SLOWCLK 1 Requirement from ADC Errata ADCONbits FORM 0 Output in Integer Format ADCONbits EIE 0 Disable Early Interrupt ADCONbits ORDER 0 Even channel first ADCONbits SEQSAMP 0 Simultaneus Sampling Enabled ADCONbits ASYNCSAMP 1 Asynchronous Sampling Enabled ADCONbits ADCS 4 Clock Divider is set up for Fadc 5 TAD 41 6ns For simultaneus sampling total conversion time for one pair is 0 58us DSTAT 0 Clear the ADSTAT register DPCFGbits PCFGO 0 ANO PV Panel Voltage Sense DPCFGbits PCFG1 DPCFGbits PCFG2 DPCFGbits PCFG3 0 AN3 Output AC Current Sense DPCFGbits PCFG6 AN6 2 5V Reference DPCFGbits PCFG7 0 AN7 Output AC Voltage Sense DPCFGbits PCFG10 0 AN10 Temperature Sens DPCFGbits PCFG11 0 AN11 12V Drive Supply Sense DCPC
67. Obits TRGSRCO 4 ANO and AN1 triggered by PWM1 DCPCObits TRGSRC1 5 AN2 and AN3 triggered by PWM2 DCPClbits TRGSRC3 5 AN6 and AN7 triggered by PWM2 use this ISR for Control Loop CO C O TES SS NP Pprrrrrrprprrp D DCPC2bits TRGSRC5 5 AN10 and AN11 triggered by PWM2 IPC28bits ADCP3IP 6 Set ADC Pair3 Interrupt Priority 2nd highest priority IFS7bits ADCP3IF 0 Clear ADC Pair3 Interrupt Flag IEC7bits ADCP3IE 1 Enable ADC Pair3 Interrupt at start void initIOPorts void PWM1 and PWM2 Fault CMP Remap to Virtual I O Pins RPINR30bits FLT2R 32 AN1 PV current sense of Interleaved Flyback 1 converter AN2 PV current sense of Interleaved Flyback 2 converter 112 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Init c RPINR30bits FLT3R 33 RPOR16bits RP32R RPOR16bits RP33R 05101000 05101001 LED_DRV1 TRISCbits TRISC12 0 LED DRV1 OFF LED DRV2 TRISCbits TRISC3 0 LED DRV2 OFF LED DRV3 TRISCbits TRISC8 0 LED DRV3 OFF OPTO DRV1 TRISCbits TRISCO OPTO DRV1 0 ll o OPTO_DRV2 TRISCbits TRISC13 0 OPTO DRV2 0 GPIO State when PWM doesn t have ownership LATAbits LATA3 0 LATAbits LATA4 0 LATBbits LATB11 0 LATBbits LATB12 0 LATBbits LATB13 0 LATBbits LATB14 0
68. PERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware 3 12 FILTRO EMI En esta secci n se indica el circuito del filtro EMI Electromagnetic interference filter La tensi n de entrada de este circuito proviene del puente H esta tensi n ya es alterna pero contiene muchos arm nicos de alta frecuencia El objetivo de este circuito es atenuar todos estos arm nicos superiores reduciendo as la distorsi n total arm nica THD El filtro consiste en una bobina en modo com n y un filtro en modo diferencial v ase la Figura 39 La salida del filtro es un varistor conectado entre la fase y el neutro tras l se encuentran dos fusibles de protecci n elo 48 ge C50 4700pF Di5uFE xf cs2 gt 7 jme es jt _ i E a gt 75E2 7 2 5 EARTH P le eP zd 3 ES 2i G g E EARTH E al 22 g 3 MOV1 S14 3 3 Figura 39 Esquema del filtro EMI Este circuito genera un nivel de tensi n proporcional a la corriente de salida mediante un sensor Esta medida junto con la diferencia de tensi n medida en el varistor se usar para controlar el funcionamiento del inversor 82 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware A continuaci n se muestra el circuito impreso disef ado que est representado en la Figura 4
69. PT Z Burst Load Figura 5 Arquitectura del control y sistema de gesti n de 12 Se han desarrollado dos de los tres niveles el control de admisi n y el equilibrio de la carga El controlador de admisi n genera una planificaci n en tiempo de ejecuci n que controla el funcionamiento de las aplicaciones satisfaciendo un cierto nivel de comodidad respetando el consumo m ximo Por otro lado el equilibrador de carga resuelve un problema de programaci n lineal entera mixta minimizando la funci n de coste teniendo en cuenta los tiempos l mite de las tareas y el consumo m ximo permitido por el gestor de la demanda Como el gestor de la demanda no est desarrollado la arquitectura es v lida para muchos casos incluyendo incluso microrredes y controles jer rquicos En 13 se informa acerca de un estudio que revela que se podr a ahorrar entre el 20 y el 30 de la energ a consumida en un edificio En este trabajo se desarrolla una soluci n para el problema de la planificaci n de las fuentes de energ a usadas en cada momento dentro de una microrred con varias fuentes de energ a y bater as de almacenamiento El objetivo es minimizar el coste de la energ a necesaria para el funcionamiento del edificio a lo largo del tiempo dando servicio a los usuarios Se debe tener en cuenta que existen incertidumbres acerca de la generaci n de las fuentes renovables y del consumo de los usuarios Para solucionar este problema se usa el m todo del
70. R94 R104 R107 R110 R111 R118 R119 R126 R127 R2 R32 R37 R38 R39 R41 R42 R44 R45 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R133 R134 R137 R138 R9 R13 R22 R43 R47 R56 R59 R68 R70 R112 R117 R120 R125 R135 R136 R14 R15 R16 R17 R18 R71 R129 R130 R19 R25 R28 R34 R20 R27 R21 R106 R23 R36 R24 R31 R26 R30 R128 R29 R73 R91 R92 R113 R115 R121 R123 Componentes Varistor 275V RMS 14mm Radial Transistor bipolar NPN GP 500mA 45V SOT23 Transistor Mosfet Canal N 600V 20 2A TO263 Transistor Mosfet Canal P 150V 8 9A 1212 8 Transistor Mosfet Canal N 150V 83A D2PAK Resistencia 10 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 3 3 KOhms 1 10W 1 Resistencia 165 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 10 2 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 1 5 Ohms 1 4W 5 1206 SMD Resistencia 169K Ohms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 2 70K Ohms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 0 0 Ohms 1 4W 1206 SMD Resistencia 52 3 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 0 0 Ohms 1 10W 0603 SMD Resistencia 4 70 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 470 Ohms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 330 Ohms 1 10W 1 Resistencia 100 KOhms 1 10W 1 Resistencia 1 60 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 5 10 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 6 2 KOhms 1 10W 5 0603 SMD Resistencia 27 KOhms 1 10W 5 0603 SMD Resistencia 1 69 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 1 KOhms 1 10W 1 0603 SMD 160 Uds NN Bb P N 20 14 e
71. RP TUCNTURET PGED2ANTORP3CN3RE3 zb Tess 7 PAM THIRAG B ANTICHP3DICHPAD RP2CN2RE2 ZAC VOLTAGE E ES DD tuF PAIM TURAG ANGCHP3CICHPAA RPACN URB 3 RPHSCNITERCO ANSG M PAC RP TIC N TTRC Y zi GRO RP23C N29RC 13 ves L3 8 3 ASS woo H2 2b 2 AMDD AN TUR P2SC N2G RC 1 5 E ucin antwmrzscnzsmca 7 RP2TCN2TRC ff ANSCHP2DCCMP3E RPI CN TRE E RP2GC N2 RC 12 ANLCHP2CCHP3AmPaCNaRES ANOC MP TA PAD AN3CHPIDCHP2U RP CN REO 24 AC CURRENT ANTCHPIERAT an2cuPiCCHP2Ama2 xF CURRENT dsPIC33FJ16GS504 I PT Figura 32 Esquema del circuito de conexi n con el microprocesador En la Figura 33 se muestra el esquema del circuito de acondicionamiento que genera la tensi n de alimentaci n a 12 V y la se al de medida de dicha tensi n La tensi n de alimentaci n se obtiene a partir de la tensi n continua de entrada mediante un regulador de tensi n La medida de dicha tensi n se obtiene a trav s de un divisor de tensi n TP12 4 XDRV_SUPPLY DRV_SUPPLY 165K R4 Li 10 2K R5 Lx 5R PV jJ Sw VIN BST CC RCL RT SD py RTN FB R8 VCC Hs DRV_SUPPLY_SENSE cag ND_AN OR GND PV G x C6 al cir oz ey 04uF ETN 100uF lt z T o 5 D PV Figura 33 Circuito de acondicionamiento para la alimentaci n a 12 V En la Figura 34 se muestra el esquema del circuito de acondicionamiento que genera la tensi n de alimentaci n a 5 V
72. S ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n En 17 se indica que las redes inteligentes del futuro se caracterizar n no solo por un flujo bidireccional de potencia sino por dicho flujo y por una comunicaci n bidireccional de todos los puntos de la red Adem s se destaca que el elemento m s importante de las redes inteligentes ser el medidor inteligente Smart meter Entre datos directos y datos calculados se estima que ser necesario enviar 5 Mbits s aproximadamente desde los puntos de control Se revela que usar una red de comunicaciones con base de IP ser a lo m s conveniente Adem s la extrema sensibilidad del sistema al paso del tiempo exige una latencia m xima de 100 milisegundos Teniendo estos dos factores en cuenta el sistema m s apropiado es la fibra ptica ya que tiene una latencia muy baja del orden de 5 microsegundos por kil metro Cuando no sea posible usar fibra ptica se recomienda el uso de WiMAX WiMAX es una tecnolog a inal mbrica con una latencia muy baja normalmente inferior a los 10 milisegundos El n cleo del sistema de comunicaci n responsable de unir los elementos de la red de WiMAX deber mantener su latencia por debajo de los 50 milisegundos para obtener cierto margen Por ltimo se concluye que las redes inteligentes deber n tener un sistema de comunicaci n para satisfacer las necesidades futuras y que solo incluyendo la generaci n distribuida de e
73. SIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Isr c IFS6bits AC3IF 0 void _ attribute interrupt no_auto_psv _CMP4Interrupt Flyback Output Over Voltage Condition used only for protection against Full Bridge failure in normal operating conditions this event should never occur Over ride the flyback MOSFETs immediately OCON1bits OVRENH 1 OCON1bits OVRENL 1 OCON2bits OVRENH 1 OCON2bits OVRENL 1 if criticalFaultFlag 1 amp amp criticalFaultRestartFlag 1 PTCONbits PTEN 0 RCONbits SWDTEN 0 Need to disable WDT if faultState NO FAULT criticalFaultFlag 1 faultState FLYBACK OUTPUT VOLTAGE FS6bits AC4IF 0 void attribute interrupt no auto psv _ADCP3Interrupt LED DRV3 ON Read Flyback Current PV Voltage and 2 5V Reference in Q15 Format pvPanelVoltage ADCBUFO lt lt 5 Read PV Panel Voltage flybackCurrentl ADCBUF1 lt lt 5 Read PV cell Current at Flyback legl flybackCurrent2 ADCBUF2 5 Read PV cell Current at Flyback leg2 referenceVoltage ADCBUF6 lt lt 5 Read 2 5V Reference Voltage used for AC offset Read inverter output voltage and inverter output current 014 inverterOutputCurrent ADCBUF3 lt lt 5 acCurrentOffset Si se encuentra en modo isla en vez de medir toma los valores de una tabla if systemState ISLANDST
74. SWITCHOFF systemState SYSTEMERROR switch systemState case SYSTEMSTARTUP if avgInputDataReadyFlag 1 During system startup read the PV panel Voltage is used to help speed up the time to find MPP openCircuitVoltage inputVoltageAverage avgInputDataReadyFlag 0 Read AC Current offset during startup mode and verify data open circuit voltage This information Needs to be completed before the full bridge is enabled during system startup if acCurrentOffsetFlag 0 acCurrentOffsetAverage acCurrentOffsetAverage inverterOutputCurrent 135 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Statemachine c if acCurrentOffsetCounter 255 1 acCurrentOffset acCurrentOffsetAverage gt gt 8 inverterOutputOverCurrent INVERTER OUTPUTCURRENT MAX 16383 acCurrentOffset acCurrentOffsetFlag 1 acCurrentOffsetCounter 0 acCurrentOffsetAverage 0 if acCurrentOffset MINOFFSETCURRENT acCurrentOffset gt MAXOFFSETCURRENT if faultState NO FAULT faultState ACCURRENT OFFSET else acCurrentOffsetCounter At system Start up enable the Full Bridge circuit peak of AC Cycle before the flyback circuit is enabled If this is not done the flyback output will have high DC voltage and when the full bridge is enabled at the zero cross there is a large dv dt and the output curre
75. Si ocurre alg n error en cualquier estado distinto de System Error la variable fault pasar a tener un valor distinto de cero Cuando se llega al estado System Error porque ha ocurrido alg n error se genera un parpadeo en D27 que indica el error para m s informaci n v ase el manual de usuario en la parte III de este documento En cualquier caso en este estado se comprueba cada 100 microsegundos si hay alg n error y en qu posici n est el interruptor general Si no hay ning n error y el interruptor est en la posici n de ON se activa un contador Cuando el tiempo del contador es superior o igual a un segundo se produce una transici n hacia el estado System Start Up 84 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Desarrollo del software Si ocurre alg n error o cambia la posici n del interruptor mientras el contador est activo el tiempo del contador vuelve a cero Zero Cross gt 60 Fault 0 amp ils Qi Fault 0 Figura 41 M quina de estados del c digo original En el estado System Start Up todos los m dulos empiezan a funcionar menos el inversor Full Bridge En este estado se comprueba el offset de la corriente alterna y se calcula la frecuencia de la red de distribuci n 50 o 60 Hz Al mismo tiempo se van contando los cruces por cero cuando la tension de referencia llega a 60 cruces por cero se activa el Full Bridge y se produc
76. TP26 TP27 TP28 TP29 TP30 TP31 TR1 TR2 TR3 TR4 TR6 Base de TR4 y TR6 Presupuesto Componentes Resistencia 4 70 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 470 Ohms 1 10W 196 0603 SMD Resistencia 330 Ohms 1 10W 1 Resistencia 100 KOhms 1 10W 196 Resistencia 1 60 KOhms 1 10W 196 0603 SMD Resistencia 5 10 KOhms 1 10W 196 0603 SMD Resistencia 6 2 KOhms 1 10W 596 0603 SMD Resistencia 27 KOhms 1 10W 596 0603 SMD Resistencia 1 69 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 1 KOhms 1 10W 196 0603 SMD Resistencia 2 4 KOhms 1 10W 596 0603 SMD Resistencia 470 KOhms 1 10W 196 Resistencia 7 5 KOhms 1 10W 196 0603 SMD Resistencia 3 01 KOhms 1 10W 196 Resistencia 120 Ohms 1 10W 1 Resistencia 15 0 Ohms 1 10W 196 0603 SMD Resistencia 120 KOhms 1 10W 196 0603 SMD Resistencia 11 0 Ohms 1 10W 196 0603 SMD Resistencia 1 0 Ohms 1 10W 5 0603 SMD Resistencia 270 Ohms 1 10W 196 0603 SMD Resistencia 150 KOhms 1 4W 5 1206 SMD Resistencia 240 KOhms 1 4W 5 1206 SMD Resistencia 300 KOhms 1 4W 5 1206 SMD Resistencia 100 Ohms 1 10W 596 0603 SMD Resistencia 30 KOhms 1 10W 5 0603 SMD Resistencia 20 0 KOhms 1 10W 196 0603 SMD Resistencia 15 0 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 3 3 KOhms 1 10W 196 0603 SMD Interruptor t ctil SPST NO 0 05A 12V Utillaje puntos de medida Transformador 1VA 115 230V 10VCT 5V 10VCT 90mA Transformador 264uH 1 5 DCR 3 6MH 95pF N cleo de transformador RM14 230Vac Soporte n cleo bobina Coilformer RM14 12 pins 155 Precio u
77. With DC Connection at Back to Back Converters IEEE Transactions on Smart Grid vol Early Access Online 2013 J Niiranen R Komsi M Routimo T L hdeaho and S Antila Experiences from a back to back converter fed village microgrid in Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe ISGT Europe 2010 IEEE PES 2010 pp 1 5 B Morvaj L Lugaric and S Krajcar Demonstrating smart buildings and smart grid features in a smart energy city in Proceedings of the 2011 3rd International Youth Conference on Energetics IYCE 2011 pp 1 8 M Tasdighi P Jambor Salamati A Rahimikian and H Ghasemi Energy management in a smart residential building in 2012 11th International Conference on Environment and Electrical Engineering EEEIC 2012 pp 128 133 L Wang Z Wang and R Yang Intelligent Multiagent Control System for Energy and Comfort Management in Smart and Sustainable Buildings IEEE Transactions on Smart Grid vol 3 no 2 pp 605 617 2012 J Byun and S Park Development of a self adapting intelligent system for building energy saving and context aware smart services IEEE Transactions on Consumer Electronics vol 57 no 1 pp 90 98 2011 95 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Bibliograf a 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 G T Costanzo G Zhu M F Anjo
78. a Esta tensi n de referencia ficticia se genera en los estados Island Start Up e Island Mode Los tres algoritmos de control que se ejecutan son los mismos pero cambian la referencia a seguir se explicar m s en detalle en la siguiente secci n de este cap tulo Cada vez que se ejecuta la m quina de estados 100 us se comprueba si ha ocurrido alg n error o si el interruptor cambia a la posici n OFF Si el interruptor est en la posici n OFF o el error que ha ocurrido es distinto del 2 y del 3 se producir una transici n hacia el estado System Error A continuaci n se comentar el funcionamiento de los controles que se llevan a cabo durante el funcionamiento cuando el microinversor est conectado a la red de 87 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Desarrollo del software distribuci n Para poder ver mejor los lazos de realimentaci n v ase el diagrama de bloques recogido en la Figura 43 Se puede observar que hay tres controles superpuestos el algoritmo MPPT el control del balance de carga y el control del Full Bridge al e ax E PWM signal Load Balance Flyback Control MPPT Factor Figura 43 Diagrama de bloques del funcionamiento conectado a red Full Bridge Salida AC Entrada DC El algoritmo MPPT es el encargado de controlar que la zona de tensi n continua trab
79. a pila de combustible Una de las dificultades que presentan este tipo de redes es la necesidad de tener zonas de la instalaci n funcionando con tensi n alterna y otras zonas funcionando con tensi n continua En general las cargas de los consumidores requieren tensi n alterna mientras que los sistemas de almacenamiento y ciertos generadores como los paneles solares emplean tensi n continua Para poder conectar unas zonas con otras es necesario emplear diversos tipos de convertidores DC DC AC DC y DC AC De entre todos ellos juega un papel clave el convertidor DC AC tambi n llamado inversor ya que debe estar sincronizado con la tensi n de la red para poder inyectar potencia en la misma Adem s cuando la microrred trabaje de forma aislada uno de los convertidores DC AC ser el encargado de fijar el nivel de tensi n y la frecuencia de esta Al necesitar varios convertidores DC AC es interesante que estos sean reprogramables Esto tambi n es til si la microrred trabaja aislada de la red ya que as se podr a cambiar la tensi n o la frecuencia de trabajo Desgraciadamente la mayor a de los inversores actuales no son reprogramables y si lo son es a un alto precio El objetivo del proyecto es desarrollar un inversor o conversor DC AC que posea las siguientes caracter sticas una potencia de salida de 200 W dise o descompuesto en varios m dulos coste inferior a 2000 reprogramable y capacidad para funcionar tanto conectado c
80. aci n diversidad de dispositivos programas de control y un punto de acceso a internet Las redes dom sticas poseen una jerarqu a de cuatro niveles la red de rea corporal la red personal la red de rea local y la red de rea amplia WAN V ase la Figura 10 La red de rea corporal es una red inal mbrica de corto alcance que conecta peque os dispositivos del cuidado de la salud La red personal es una red inal mbrica que tiene algo m s de alcance que conecta distintos dispositivos en un radio de unos 10 metros bluetooth ZigBee La red de rea local es la red dom stica LAN y la red de rea amplia es lo que com nmente se denomina internet El punto de acceso conecta la red dom stica con internet y es el encargado de conectar las redes de nivel inferior entre s teniendo que realizar conversiones de un protocolo de comunicaci n a otro Para realizar esta conversi n el punto de acceso necesita adaptadores de red Se concluye que un hogar inteligente Smart home consiste en varios componentes tecnol gicos y funciones de gesti n La estandarizaci n de estas tecnolog as contribuye a la realizaci n de una red dom stica robusta Este art culo muestra la arquitectura de un punto de acceso home Gateway como un posible m todo de implementaci n El sistema de gesti n es un componente crucial para conseguir una red dom stica ecol gica y el punto de acceso propuesto ser de ayuda para conseguirlo 49 UNIVERSIDAD PONT
81. ackCurrent averageFlybackCurrent2 averageFlybackCurrentl Error Proportional Gain 143 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Statemachine c loadBalPoutput builtin mulss diffFlybackCurrent int KAQ15 gt gt 15 Exror Integral Gain loadBalloutput loadBalloutput __ builtin mulss diffFlybackCurrent int KSAQ15 gt gt 15 Check for Integral term exceeding MAXBALANCE If true saturate the integral term to MAXBALANCE Check for Integral term going below MAXBALANCE If true saturate the integral term to MAXBALANCE if loadBalloutput gt MAXBALANCE loadBalloutput MAXBALANCE else if loadBalloutput lt MAXBALANCE loadBalloutput MAXBALANCE PI Output Proportional Term Integral Term loadBalPIoutput loadBalPoutput loadBalloutput Check for PI Output exceeding MAXBALANCE If true saturate PI Output to MAXBALANCE Check for PI Output going below MAXBALANCE If true saturate PI Output to MAXBALANCE if loadBalPIoutput gt MAXBALANCE loadBalPIoutput MAXBALANCE else if loadBalPIoutput lt MAXBALANCE loadBalPIoutput MAXBALANCE 144 DOCUMENTO II PRESUPUESTO Presupuesto 146 Presupuesto Indice 1 Mediciones AA 148 1 1 Componentes principales sess 148 1 2 Equipo y herramientas csse LS 1 3 S OftWare rias A id 15
82. aje a la tensi n ptima Es decir el valor de tensi n a la entrada que maximiza la potencia entregada a la red el ctrica La funci n del MPPT teniendo en cuenta el nivel de tensi n a la entrada y la corriente de entrada genera un coeficiente que se env a a la funci n de control de los Flyback Este lazo de control se ve afectado por el lazo que controla el reparto equitativo de la carga entre los dos convertidores Flyback Este segundo control mide la corriente de cada uno de ellos y calcula una variaci n del ciclo de trabajo duty cycle Es un control de tipo proporcional interal Esta variaci n del ciclo de trabajo se suma al ciclo de trabajo de uno de los Flyback y se resta al ciclo de trabajo del otro Flyback Para unir estos dos controles est la funci n Flyback Control que posee un control proporcional integral Los datos de entrada de dicha funci n son la tensi n m xima a la salida la corriente de salida la tensi n de entrada el factor del algoritmo MPPT y la 88 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Desarrollo del software variaci n de ciclos de trabajo del balance de carga Con esta informaci n la funci n genera los ciclos de trabajo de cada uno de los Flyback estos valores digitales se comunican a los transistores de control mediante el PWM del microprocesador Por otro lado est el control del inversor Full Bridge este control es e
83. al SC70 5 1 0 23 10 2 30 U9 U10 U11 U12 Optoacoplador diss de transistores 4 4 0 456 1 1 82 U13 U16 U17 Driver IC MOSFET DVR 4 0A DUAL 8SOIC 3 1 77 2 5 31 Oi Sensor de corriente de efecto hall 5A 5V 8 1 3 85 1 3 85 SOIC T Amplificador de error con aislamiento ptico 1 0 6 5 3 00 8 SMD sw2 Interruptor ON OFF 10A 250V 1 1 88 1 1 88 J3 Conector hembra para PCB 100 1 0 65 1 0 65 CIR Circuito impreso 1 70 48 1 40 48 3 2 Equipos y herramientas Para calcular el coste imputable del equipo y las herramientas se ha supuesto un tiempo de amortizaci n t pico de 4 a os y se ha repartido de forma al cuota en funci n del n mero de horas empleadas Horas Horas Elemento Uds de por Precio Amortizaci n Coste M ud anual proyecto ano Ordenador 1 500 1600 798 5 25 62 38 Programador MPLAB ICD3 1 200 500 154 6 25 15 46 Fuente alimentacion 30V 5A 1 200 400 219 9 25 27 49 Osciloscopio 4 canales 1 20 300 1580 25 26 33 Polimetro 1 50 250 45 25 2 25 Destornillador alicates y otras 1 20 400 80 25 1 00 herramientas Regleta de protecci n 1 500 1600 15 3 25 1 20 Pinza amperim trica 1 20 300 330 25 5 50 Total 141 61 162 3 3 Software Programa Uds BSOS proyecto Microsoft Word 1 100 Microsoft Excel 1 150 3 4 Mano de obra directa Actividad Dise o de tarjeta B squeda de componentes Programaci n Pruebas y soluci n de problemas Documentaci n del proyecto 3 5 Servicios Auxiliares Actividad Proceso d
84. anayake and Q N Vo Wi Fi based server in microgrid energy management system in TENCON 2009 2009 IEEE Region 10 Conference 2009 pp 1 5 Y Zhu F Zhuo and L Xiong Communication platform for energy management system in a master slave control structure microgrid inPower Electronics and Motion Control Conference IPEMC 2012 7th International 2012 vol 1 pp 141 145 N Saito Ecological Home Network An Overview Proceedings of the IEEE vol Early Access Online 2013 96 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Bibliograf a Parte Il ESTUDIO ECON MICO 97 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Estudio econ mico Cap tulo 1 ESTUDIO ECON MICO El mercado mundial de los sistemas y dispositivos de gesti n energ tica para hogares y empresas tiene unas perspectivas de crecimiento sostenido en la pr xima d cada con tasas medias cercanas al 6 anual que seg n los expertos se pueden ver superadas a o tras a o Esto se debe fundamentalmente a dos factores e Las energ as renovables se vislumbran como una de las palancas que permitir n superar la actual crisis econ mica e iniciar un nuevo ciclo alcista e Lanecesidad de conseguir un consumo energ tico racional y sostenible ya que el modelo energ tico actual no es capaz de mantenerse indefinida
85. ante la Ecuaci n 3 75 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware y R106 FLY 0UT R106 R102 R100 R98 Ecuaci n 3 Tensi n que activa el circuito de protecci n del Flyback gt 2 5V Para generar la se al FLY_VOLTAGE_CMP se usa el componente U15 un amplificador de error con aislamiento ptico Si la tensi n es suficientemente elevada se activar el transistor interno elevando la tensi n de la se al de salida FLY_VOLTAGE_CMP v ase la Figura 30 R97 CEJ 240K R1 240K GND GND FLY OUT GND Figura 30 Esquema del circuito de sobretensi n del Flyback Esta sef al se env a al comparador anal gico que posee el microprocesador este componente comprueba si la se al es superior a un valor dado Este valor de tensi n anal gica viene dado en funci n del valor del registro correspondiente El valor del registro puede ser desde O hasta 1024 y se corresponde con un rango de tensiones entre O y 1 65V Esta se al permanecer inactiva hasta que se produzca una sobretensi n momento en el cual la se al ser superior al valor con el que se compara y se ejecutar una interrupci n Al ejecutar dicha interrupci n el microprocesador apagar el inversor 76 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del ha
86. backCurrent2 Moving Average of AC Current for AC Current Fault rectifiedInverterOutputCurrentSum rectifiedInverterOutputCurrentSum rectifiedInverterOutputCurre nt rectifiedInverterOutputCurrentArray currentArrayCnt averageRectifiedCurrent rectifiedInverterOutputCurrentSum gt gt 3 rectifiedInverterOutputCurrentArray currentArrayCntt rectifiedInverterOutputCurrent if currentArrayCnt gt 8 currentArrayCnt 0 Check for Over Current Condition if averageFlybackCurrentl gt MAXFLYBACKCURRENT averageFlybackCurrent2 gt MAXFLYBACKCURRENT if faultState NO FAULT faultState FLYBACK OVERCURRENT Inverter Over Current Fault Check inverterOutputOverCurrent takes into account the delta in the acCurrentOffset if averageRectifiedCurrent gt inverterOutputOverCurrent amp amp systemState DAYMODE systemState I SLANDMODE if criticalFaultFlag 1 amp amp criticalFaultRestartFlag 1 PTCONbits PTEN 0 RCONbits SWDTEN 0 Need to disable WDT if faultState NO FAULT criticalFaultFlag 1 faultState INVERTER OVERCURRENT Call zero cross detection function to look for both ve and ve zero cross events Routine also keeps track of the number of ADC interrupts over three AC cycles to calculate the average flyback current and PV panel voltage for MPPT To eliminate glitches at the ZC detection only look for a zero cross
87. be responsible for setting the voltage level and grid s frequency As several DC AC converters are needed it is important that these are reprogrammable This characteristic is also useful if the microgird is operating in isolated mode as it will be a way of changing grid s frequency and voltage level Unfortunately most current inverters are not reprogrammable and if this happens it involves a very high cost This project aims to develop an inverter or DC AC converter that has the following characteristics an output power of 200 W a design decomposed into several modules manufacture cost under 2000 reprogrammable and the ability to work both connected to or disconnected from the electricity distribution network Architecture It was decided to carry out the project from an existing design to conclude it in only one year After analysing characteristics of several inverters it was decided to develop the inverter based on AN1444 Microchip inverter The main reasons were it has an output power which is very similar to goal s output power it optimizes the input voltage to maximize output power and the design can be downloaded for free from Microchip s web page First of all an AN1444 inverter reproduction was constructed using Microchip s plans and Microchip s bill of materials The basic architecture of this inverter is composed of several blocks a group of decoupling capacitors a DC DC Flyback converter a Full Bridge inverte
88. c digo mientras funcionaba conectado a la red de distribuci n ya que los mecanismos de protecci n no actuaron correctamente Finalmente para evitar que se volviese a dar una situaci n parecida no se volvi a depurar el c digo mientras el inversor estaba conectado a la red de distribuci n el ctrica 93 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Futuros desarrollos Cap tulo 7 FUTUROS DESARROLLOS El desarrollo futuro m s inmediato ser a realizar una microrred con el inversor dise ado Tal y como se coment en el cap tulo 1 los inversores son un componente fundamental en las microrredes y es por ello que uno de los desarrollos m s interesantes ser a desarrollar una microrred Para que dicha microrred pudiese funcionar correctamente se necesitar an varios inversores uno para cada fuente de energ a que trabaje con tensi n continua Si la microrred estuviese conectada a la red de distribuci n todos los inversores funcionar an siguiendo la referencia de la red Si por el contrario la microrred estuviese aislada lo m s sencillo ser a usar la configuraci n maestro esclavo En esta configuraci n un inversor trabaja en modo isla y los dem s seguir an la referencia marcada por este Por otro lado se podr a desarrollar el hardware y el software necesario para la reconexi n con la red de distribuci n Consistir a en que una vez que la red de distribuci n el
89. cientemente justificados o en caso de reclamaciones de terceros Madrid a denia deus ACEPTA Proyecto realizado por el alumno a Juan Ignacio Ortueta Olartecoechea Fecha Autoriza la entrega del proyecto cuya informaci n no es de car cter confidencial EL DIRECTOR DEL PROYECTO Dr lvaro S nchez Miralles Fecha EL DIRECTOR DEL PROYECTO Jaime Boal Mart n Larrauri Fecha EL DIRECTOR DEL PROYECTO Christian Calvillo Mu oz V B DEL COORDINADOR DE PROYECTOS Dr lvaro S nchez Miralles ndice de documentos DOCUMENTO I MEMORIA I Memoria pag 23 a 96 73 paginas II Estudio Econ mico p g 97 a 100 4 p ginas III Manual de usuario p g 101 a 103 3 p ginas IV C digo Fuente p g 104 a 144 40 p ginas DOCUMENTO II PRESUPUESTO 1 Mediciones p g 145 a 152 8 p ginas 2 Precios unitarios p g 153 a 157 5 p ginas 3 Sumas parciales p g 158 a 163 6 p ginas 4 Presupuesto general p g 164 1 p gina 10 INTEGRACI N DE ENERG AS RENOVABLES Y SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO EN UNA CASA INTELIGENTE Autor Ortueta Olartecoechea Juan Ignacio Director S nchez Miralles lvaro Director Boal Mart n Larrauri Jaime Director Calvillo Mu oz Christian Francisco Entidad colaboradora IIT Universidad Pontificia de Comillas RESUMEN DEL PROYECTO Introducci n El sistema el ctrico del siglo XX se basaba en varios puntos de gen
90. cionamiento del inversor de manera superficial antes de realizar un estudio m s profundo en los cap tulos siguientes La descripci n del funcionamiento se dividir en varias secciones hardware software general algoritmos de control y algoritmo de rastreo del punto de m xima potencia MPPT Maximun Power Point Tracker 2 2 HARDWARE En esta secci n se indican los m dulos presentes en el hardware del inversor AN1444 as como la relaci n entre ellos Posteriormente se har una descripci n m s detallada en el cap tulo 3 Los m dulos principales que presenta el hardware son los condensadores de desacoplamiento el convertidor DC DC el inversor Full Bridge el filtro EMI y el sistema de control del microprocesador Para ver la relaci n entre ellos v ase la Figura 12 en ella se representa un diagrama de bloques del microinversor AN1444 54 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Arquitectura DC IN AC OUT aa Full EMI a y Bridge Filter Figura 12 Diagrama de bloques del hardware del micronversor AN1444 El primer m dulo presente son los condensadores de desacoplamiento su funci n es la de mantener la tensi n constante ante variaciones de tensi n instant neas en la entrada A continuaci n se encuentra el convertidor DC DC en realidad son dos convertidores Flyback que funcionan en paralelo Estos adem s de aumentar el nive
91. cula una variaci n del ciclo de trabajo duty cycle Esta variaci n del ciclo de trabajo se suma al ciclo de trabajo de uno de los Flyback y se resta al ciclo de trabajo del otro Flyback Por lo tanto esta funci n tampoco se ve afectada directamente por el cambio de la referencia Sin embargo la funci n de control de los Flyback si se ve afectada por este cambio de referencia Esto se debe a que sus datos de entrada son la tensi n m xima de la referencia te rica la corriente de salida la tensi n de entrada el factor del algoritmo MPPT y la variaci n de ciclos de trabajo del balance de carga Con esta informaci n la funci n genera los ciclos de trabajo de cada uno de los Flyback estos valores digitales se comunican a los transistores de control mediante el PWM del microprocesador 89 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Desarrollo del software Full Entrada DC Bridge Salida AC EB UN RH Flyback A PWM signal oo Balance E Flyback Control Reference signal MPPT Factor Figura 44 Diagrama de bloques del funcionamiento en modo isla Por ltimo el control del inversor Full Bridge se ve notablemente afectado porque es el encargado de controlar el sincronismo entre la tensi n de referencia y la tensi n generada Para ello en esta ocasi n toma los valores de pico y los cruces por ce
92. d 0 064 0 018 0 1 0 1 0 013 0 003 0 08 0 026 0 011 0 007 0 064 9 73 0 018 0 018 0 014 0 012 0 028 0 1 0 003 0 028 0 022 0 118 0 044 0 055 0 005 0 003 0 003 0 015 0 184 0 555 11 1 1 43 10 31 1 368 Nombre TR5 TR7 U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8 U9 U10 U11 U12 U13 U16 U17 U14 U15 sw2 J3 CIR Presupuesto Componentes Transformador del sensor de corriente3000uH SMD Microprocesador High Performance 32 bit Digital Signal Controller 44 Pin QFN Regulador de conmutaci n IC BUCK ADJ 35A 8MSOP Convertidor de tensi n IC REG BUCK ADJ 0 6A SOT23 6 Regulador de tensi n 3 3V 250MA SOT 89 3 Amplificador operacional dual 2 5V 8SOIC Sensor de temperature lineal SC70 5 Optoacoplador para salida de transistores 4 SMD Driver IC MOSFET DVR 4 0A DUAL 8SOIC Sensor de corriente de efecto hall 5A 5V 8 SOIC Amplificador de error con aislamiento ptico 8 SMD Interruptor ON OFF 10A 250V Conector hembra para PCB 100 Circuito impreso Precio ud 3 18 5 05 2 72 0 943 0 38 1 28 0 23 0 456 1 77 3 85 0 6 1 88 0 65 70 48 2 2 Equipos y herramientas Elemento Ordenador Programador MPLAB ICD3 Fuente alimentaci n 30V 5A Osciloscopio 4 canales Pol metro Destornillador alicates y otras herramientas Regleta de protecci n Pinza amperim trica 2 3 Software Programa Microsoft Word Microsoft Excel Eagle Profesional 6 1 MPLAB v8 85 156 Precio ud 798 5 154 6
93. da de dicha funci n son la tensi n m xima a la salida la corriente de salida la tensi n de entrada el factor del algoritmo MPPT y la 13 variaci n de ciclos de trabajo del balance de carga Con esta informaci n la funci n genera los ciclos de trabajo de cada uno de los Flyback estos valores digitales se comunican a los transistores de control mediante el PWM del microprocesador Por otro lado est el control del inversor Full Bridge este control es el encargado de controlar el sincronismo entre la tensi n de referencia y la tensi n generada Para ello toma los valores de pico y los cruces por cero de la tensi n de referencia Verifica que el pico de la onda generada coincida con el pico de la tensi n de red y en caso contrario calcula las modificaciones necesarias Este lazo de control act a sobre el inversor Full Bridge mediante otro de los generadores PWM que posee el microprocesador Cuando el inversor trabaja de manera aislada se producen algunos cambios en los controles v ase la figura 3 Se calcula una referencia te rica mediante un temporizador que salta cada 100 ms y una funci n seno tabulada La funci n que controla el inversor Full Bridge en vez de seguir la referencia marcada por la tensi n de salida sigue la referencia te rica Igualmente la funci n que calcula el factor de servicio de los Flyback calcula dicho factor teniendo en cuenta el nivel de tensi n de la referencia te rica calculada Entrada
94. define FLYBACKIN 180Deg F F F N 1 FF 0 PTO DRV1 LATCbi PTO DRV2 LATCbi ts LATCO ts LATC13 ED DRV1 LATCbits LATC12 ED DRV2 LATCbits LATC3 ED DRV3 LATCbits LATC8 define FLYBACKPERIOD 16 56kHz switching frequency 1 56kHz 1 06ns 16864 define FULLBRIDGEPERIOD FLYBACKPERIOD gt gt 2 228kHz switching frequency 1 228kHz 1 04ns 4216 TERLEAVEDPHASE FLYBACKPERIOD gt gt 1 864 Phase shift f 1YBACKALTDTR 15 LYBACKDTR 50 LYBACKDUTY1 PDC LYBACKDUTY2 PDC define MAXDUTYCLAMPED 2 lybackPeriod 2 0 Dead time 1 Re define PWM Duty Cycle Registers 2 4575 Maximum duty cycle of 75 in 015 format 180 degree is equal to 32767 define ONEHUNDREDSEVENT Degree to turn off the Full Bridge unfolding circuit define NINETYDEGREE 16383 Vac Operating Voltage Limits define INVERTER OVERVO YFIVEDEGREE 31800 TAGE LIMIT 14800 Inverter Output Voltage 264 sqrt 2 turns ratio of TR1 gain of u6 Converted into ADC counts and 015 format minus the offset define INVERTER OVERVO TAGE LIMIT HYS 14400 define INVERTER UNDERVO Inverter Output Over Voltage Hysteresis 3Vac RMS TAGE LIMIT 11400 Inverter Output Voltage 210 sqrt 2 turns ratio of TR1 gain of u6 Converted into ADC counts and Q15 format minus the offset define INVERTER UNDERVO Invert
95. dise o en 2 capas Programaci n radica en desarrollar el software necesario para el funcionamiento del inversor en modo aislado Pruebas de funcionamiento consiste en probar el software desarrollado verificando su correcto funcionamiento Redacci n de la memoria es la elaboraci n del documento que recoge el trabajo realizado durante la ejecuci n del proyecto fin de carrera 32 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n 1 5 RECURSOS Y HERRAMIENTAS EMPLEADAS En esta secci n se indican las herramientas y los programas de ordenador que se utilizaron en la elaboraci n del proyecto Las herramientas que se emplearon fueron un ordenador de sobremesa un osciloscopio de 4 canales una fuente de alimentaci n de 30V sondas de osciloscopio cables de conexi n una regleta de protecci n y herramientas varias destornillador alicates tijeras etc Los programas a los que se recurri fueron Microsoft Word Microsoft Excel Microsoft Power Point Eagle y MPLAB Destacando que las versiones que se usaron de Eagle y MPLAB son software libre lo que ayud a reducir el coste de la ejecuci n del proyecto 33 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Arquitectura Cap tulo 2 ARQUITECTURA 2 1 INTRODUCCI N Este cap tulo tiene como prop sito explicar el fun
96. dor funcionando en una red real El inversor se divide en dos partes la parte del convertidor en contacto con la red se encarga de las rectificaciones y la parte conectada a la microrred regula la frecuencia y el voltaje Adem s se puede monitorear remotamente mediante comunicaci n inal mbrica GPRS El sistema de comunicaci n tiene una bater a de reserva para los apagones Las variaciones de tensi n de la red de distribuci n no afectaron a la tensi n de la microrred ni tampoco los cambios bruscos en el consumo La distorsi n total arm nica se mantuvo por debajo del 3 Tambi n se comprob el funcionamiento de los fusibles de protecci n mediante ensayos de cortocircuitos Se observ que los condensadores del convertidor fueron suficientes para soportar peque as interrupciones en el suministro 1 1 2 ALGORITMOS DE CONTROL En la Tabla 2 se puede ver una comparaci n de los diferentes trabajos considerados en este estudio del estado del arte relacionados con el control o la simulaci n de microrredes 38 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n Trabajo Fuentes de energ a Almacenamiento Tipo de estudio Tama o Algoritmo 8 Solar fotovoltaica Bater as Simulaci n 35 KW Precio energ a 9 Solar fotovoltaica y Bater as 50 KWh Control gt 50 KW Programaci n entera mixta unidad de CPLEX cogeneraci n 10 Solar fotovoltaica y Bater as 35 KW
97. e OCON1bits OVRENH Enable Override OCON1bits OVRENL OCON2bits OVRENH OCON2bits OVRENL Il ber Give some history to the compensator before starting again at the zero cross if inverterPeriodMin INVERTERPERIOD50HZMIN output 1900 if peakInverterOutputVoltage gt 13800 output 2500 else output 500 1000 Can read AN10 and AN11 here data should be available at this time driveSupplyVoltage ADCBUF11 lt lt 5 measuredTemperature ADCBUF10 lt lt 5 123 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Isr c Software for debugging purposes ifdef DMCI ISR if dmciCount 16 arrayl dmciArrayIndex array2 dmciArrayIndex array3 dmciArrayIndex if dmciArrayIndex gt 100 dmciArrayIndex 0 dmciCount 0 los dmciCount endif FS7bits ADCP3IF 0 Clear ADC Interrupt Flag LED_DRV3 OFF void zeroCrossDetection void Actuas de una u otra forma dependiendo de en que estado estes if systemState ISLANDSTARTUP amp amp systemState ISLANDMODE Detect the zero crossing at the 1st Quadrant if prevInverterOutputVoltage lt 0 amp amp inverterOutputVoltage gt 0 As a precaution change state of Full Bridge if it hasn t already chaged fullBridgeState FULLBRI DGE_INACT IVE 4 TH QUADRANT ClrWdt zeroCrossDetectFlag 1 firs
98. e 200 W optimiza las condiciones de funcionamiento y su coste de fabricaci n final es 887 6 Este proyecto ha desarrollado una base s lida para que en un futuro cercano se consiga desarrollar una microrred completa y eficiente Mediante el desarrollo de las microrredes se conseguir una reducci n del consumo el ctrico debido a su f cil integraci n con energ as renovables Adem s al promover la generaci n distribuida se reducir n las p rdidas en las redes de transporte Esta reducci n del consumo y de las p rdidas de energ a permitir el desarrollo de un futuro m s sostenible y ecol gico para todos Durante la elaboraci n del proyecto se ha tenido que hacer frente a numerosos problemas y contratiempos Dos de ellos han supuesto un retraso considerable en el avance del proyecto Es importante se tengan presentes en futuros proyectos y desarrollos similares El primero de ellos fue encontrar y recibir todos los componentes necesarios para la fabricaci n de la tarjeta Esto se debi a que al tener m s de 150 elementos fue necesario pedir los componentes a varios distribuidores El problema se resolvi mediante recuentos exhaustivos de la lista de materiales para verificar que componentes faltaban por pedir y cu les no El segundo fue que durante la verificaci n de su correcto funcionamiento se produjo un corto circuito Por lo que fue necesario volver a fabricar el inversor Este cortocircuito se produjo al depurar el
99. e de efecto hall 5A 5V 8 SOIC 1 U15 Amplificador de error con aislamiento ptico 8 SMD 1 sw2 Interruptor ON OFF 10A 250V 1 J3 Conector hembra para PCB 100 1 CIR Circuito impreso 1 1 2 Equipos y herramientas Elemento Cantidad Horas oe Horas n A proyecto al a o Ordenador 1 500 1600 Programador MPLAB ICD3 1 200 500 Fuente alimentaci n 30V 5A 1 200 400 Osciloscopio 4 canales 1 20 300 Pol metro 1 50 250 Destornillador alicates y otras 1 20 400 herramientas Regleta de protecci n 1 500 1600 1 3 Software Programa Cantidad Horasae Horas de send proyecto al a o Microsoft Word 1 100 500 Microsoft Excel 1 150 500 Eagle Profesional 6 1 1 100 500 MPLAB v8 85 1 350 500 151 1 4 Mano de obra directa Actividad Dise o de tarjeta B squeda de componentes Programaci n Pruebas y soluci n de problemas Documentaci n del proyecto Horas totales 1 5 Servicios auxiliares Actividad Proceso de fabricaci n 152 Presupuesto Horas 100 100 200 150 100 650 Unidades 1 Cap tulo 2 Presupuesto Precios unitarios En este cap tulo se indican los precios de cada uno de los elementos necesarios para llevar a cabo este proyecto los cuales se han citado anteriormente 2 1 Componentes principales Nombre C1 c2 C3 C32 C44 C45 C46 C47 C80 C81 C4 C7 C8 C9 C11 C14 C21 C22 C23 C24 C28 C35 C40 C54 C57 C74 C75 C77 C78 C82 C89 C5 C20 C25 C29 C39 C55 C76 C79 C6 C10
100. e entrada 79 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware El resto de los LEDs se han empleado para depurar el c digo durante el desarrollo del mismo y en la versi n final no tienen un uso espec fico Se controlan mediante se ales digitales del microprocesador 3 3V DIG TP23 TP24 TP25 D LED DRV1 R129 330R ON OFF SW C82 0 1uF GNDI Figura 36 Circuito de acondicionamiento para los LEDs y el interruptor En la Figura 37 se muestra el circuito que acondiciona las se ales que provienen del ordenador Su funci n principal es transmitir los datos para programar el microprocesador J1 3 3V_DIG VPP MCLR VDD GND ICSPDAT ICSPCLK NC 5555165 1 Figura 37 Circuito para la comunicaci n con el PC 80 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware A continuaci n se muestra el circuito impreso dise ado que est representado en la Figura 38 Este circuito impreso contiene todos los circuitos mencionados anteriormente siendo Ul el microprocesador que controla el inversor 2014 v1 0 Abr Microprocessor Connections Figura 38 Circuito impreso de conexi n con el microprocesador 81 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SU
101. e fabricaci n Presupuesto pon Precio Amortizaci Coste aio ud n anual 500 135 00 20 5 40 500 135 00 20 8 10 Total 13 50 How Precio Coste total hora 100 40 4 000 00 100 25 2 500 00 200 40 8 000 00 150 60 9 000 00 100 40 4 000 00 Total 27 500 00 Uds Precio Coste 163 total 1 300 00 300 00 Presupuesto Cap tulo 4 Presupuesto general Sumando la contribuci n de todas las partidas anteriores se concluye que el coste del proyecto impuestos incluidos asciende a Concepto Coste Componentes principales 432 50 Equipo y herramientas 141 61 Software 13 50 Mano de obra directa 27 500 00 Servicios auxiliares 300 00 Total 28 387 61 164
102. e la informaci n y hace todo el procesamiento a un sistema con una arquitectura distribuida en el que hay varios puntos de procesamiento SIG Cada centro de procesamiento de informaci n se adapta al contexto en el que se encuentra comunic ndose con los sensores pr ximos mediante una red inal mbrica de sensores SIS Posteriormente se comprobaron los resultados en un banco de pruebas vi ndose que el consumo se redujo entre un 16 y un 24 En 12 se presenta una arquitectura dise ada para el control de las cargas en edificios inteligentes que permite al consumidor controlar dichas cargas de manera aut noma Esta arquitectura presenta una soluci n para controlar las cargas internamente sin que est implicada la empresa distribuidora de energ a La arquitectura v ase la Figura 5 est compuesta de tres niveles el control de admisi n el equilibrio de la carga y la gesti n de la demanda 41 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n AA Smart Grid Interface Capacity Price DSM System i vi a il Predicted D R Load E lt Manager i Forecaster Consumption Baseine iodi if Information oO Capacity Predicted Price Load g Y Schedule 8 j Load Balancer 1 amp S dL i t Regular Load Available REQUEST Capacit aed REJECT gt 8 i s 5 Admission Controller ee A ACCE
103. e la simulaci n Analizando los resultados de dicha simulaci n se deduce que si la compa a tiene el control de ciertas cargas el consumo es bastante menor que si el programa de respuesta a la demanda se basa solo en el precio de la energ a en cada momento Las conclusiones a las que se llega son que el modelo actuaba como se 39 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n esperaba y que realmente se producir un gran ahorro de energ a cuando se implante un sistema similar a gran escala en una ciudad En 9 se plantea el problema de establecer la estrategia ptima en el control de una microrred para minimizar el coste global de la electricidad y el gas consumidos para el correcto funcionamiento del edificio Las fuentes de energ a de la red ser n unos paneles fotovoltaicos y un sistema de cogeneraci n Adem s tiene conexi n con la red y unas bater as de almacenamiento de energ a el ctrica Se asume que el edificio tiene contadores inteligentes Smart meters es decir contadores que miden el consumo o generaci n cada hora y env an esa informaci n a un sistema central Al plantear el problema se obtiene un problema no lineal debido a las caracter sticas de la funci n y las restricciones Se crean algunas variables enteras para linealizar un poco el problema y se aplica un m todo de programaci n entera mixta para resolverlo El problema se res
104. e la transici n al estado Day Mode Las funciones principales de este estado son evitar arrancar el sistema con alg n error y saber cu l es la frecuencia de la red de distribuci n el ctrica Cada vez que se ejecuta la m quina de estados 100 us se comprueba si ha ocurrido alg n error o si el interruptor cambia a la posici n OFF si es as se produce una transici n al estado System Error En el estado Day Mode el microinversor est completamente operativo y entrega potencia a la red el ctrica En este estado se ejecutan los algoritmos de control que son tres el MPPT el control de los convertidores DC DC y el control del puente H Estos controles se explicar n m s en detalle en este mismo cap tulo Cada vez que se ejecuta la m quina de estados 100 us se comprueba si ha ocurrido alg n error o si el interruptor cambia a la posici n OFF si es as se produce una transici n al estado System Error 85 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Desarrollo del software Tomando como base la m quina de estados original se desarroll una nueva m quina de estados m s compleja para poder incluir el funcionamiento en modo isla desconectado de la red de distribuci n el ctrica Dicha m quina de estados est recogida en la Figura 42 Zero Cross gt 60 Fault 2 3 Figura 42 M quina de estados del c digo desarrollado En la nueva m quina de estado
105. e tras varias pruebas con diferentes cargas que es un sistema eficaz a la hora de proporcionar aislamiento de frecuencia proporcionar aislamiento de voltaje y controlar el flujo de potencia 36 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n En 6 se informa acerca de la composici n de las microrredes destacando que tienen componentes de DC y componentes de AC llegando a la conclusi n de que esto puede generar diversos problemas Como por ejemplo la necesidad de flujo de potencia de DC a AC la estabilidad de las tensiones o la calidad y seguridad del suministro a las cargas Para solucionar estos inconvenientes se presenta la estructura de una microrred h brida gracias al convertidor back to back ECT A LEM Utility Load ys f CB 3 lg i l G OG DG 4 Ving PV CB 2 P control or Droop Voltage Control i des Ppcz lt qu y Fixed Power Control E or la oes Extra Power Requirement vsc 2 Oe pc oc or BLK Fixed Percentage of Load P control or Droop E Lo DG 3 Vacs if l PrQr Fuel Cell CB 1 Microgrid Rpi pce v Rm P af hi p o P of D L BL c3 Load 1 x P control P control vue or Droop or Droop VSC 4 j al DG 1 DG 2 Vater Vaca Figura 3 Estructura de la microrred de 6 La estructura de la microrred propuesta tiene varias partes v ase la Figura 3 La parte alterna de la microrred contiene dos generadores y una carga lo
106. ealizar ser hacia el estado Island Start Up El estado Day Mode funciona de la misma manera que lo hac a en el dise o anterior exceptuando las transiciones entre estados Cada vez que se ejecuta la m quina de estados 100 us se comprueba si ha ocurrido alg n error o si el interruptor cambia a la posici n OFF Si el interruptor est en la posici n OFF o el error que ha ocurrido es distinto del 2 y del 3 se producir una transici n hacia el estado System Error Si ha ocurrido el error 2 o el error 3 la transici n que se realizar ser hacia el estado Island Start Up En el estado Island Start Up empiezan a funcionar todos los m dulos del microinversor se comprueba el offset de la corriente alterna y se fija la frecuencia de funcionamiento de la microrred a 50 Hz En este caso los cruces por cero no se miden mediante el hardware sino que se cuentan los cruces por cero de una tensi n te rica de referencia Cuando se han producido 60 cruces por cero se produce la transici n al estado Island Mode Cada vez que se ejecuta la m quina de estados 100 us se comprueba si ha ocurrido alg n error o si el interruptor cambia a la posici n OFF Si el interruptor est en la posici n OFF o el error que ha ocurrido es distinto del 2 y del 3 se producir una transici n hacia el estado System Error En el estado Island Mode se realizan las mismas tareas que en el estado Day Mode pero tomando como tensi n de referencia la tensi n generad
107. eeDetectFlag 1 else if sineAngle is greater than 90 degrees then subtract deltaAngle from it currentReferenceDynamic sineTable512 sineAngle gt gt 5 sineAngle sineAngle deltaAngle 122 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Isr c globalAngle is used for detecting grid voltage states globalAngle globalAngle deltaAngle startFullBridgeFlag enabled in system startup when several zero crosses have been detected Flag is disabled when system enter fault mode if startFullBridgeFlag 1 Routine that determines the state of the Full Bridge MOSFETs fullBridgeDrive In Day mode Enable Disbale the PWM drive for the flyback MOSFETs if systemState DAYMODE systemState ISLANDMODE if fullBridgeState FULLBRIDGE 0304 ACTIVE fullBridgeState FULLBRIDGE Q205 ACTIVE If in Burst Mode only deliver power for one complete AC cycle If not in Burst Mode remove the PWM override when full bridge state is active if burstModeActiveFlag 0 OCON1bits OVRENH Remove Override OCON2bits OVRENH OCON1bits OVRENL OCON2bits OVRENL 0 0 0 0 7 flybackControlLoop else if burstModeActiveFlag 1 amp amp zeroCrossCount 0 OCON1bits OVRENH 0 Remove Override OCON2bits OVRENH 0 OCON1bits OVRENL 0 OCON2bits OVRENL 0 7 flybackControlLoop els
108. el puente H 3 9 CONTROLADOR DEL PUENTE H En esta secci n se muestra el circuito encargado de generar las se ales de control del puente H y un dise o de circuito impreso del mismo La se al de entrada de este circuito es la se al 3 del PWM del microprocesador Esta se al se introduce en el controlador a trav s de un divisor de tensi n formado por una resistencia de 1 kohm y otra de 10 kohm por lo que la relaci n es pr cticamente la unidad Asimismo se incluyen dos condensadores en paralelo para estabilizar la tensi n en el punto de entrada de la tensi n de alimentaci n denominada DRV_SUPPLY Se generan cuatro se ales de control para los cuatro transistores que controlan el inversor aunque en realidad las se ales son iguales dos a dos La se al de control del transistor de la zona izquierda superior es igual a la se al del transistor de la zona derecha inferior 73 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware Igualmente la se al de control del transistor de la zona derecha superior es igual a la se al del transistor de la zona izquierda inferior Este duplicado de las se ales de control se realiza mediante un transformador que posee un circuito primario y dos circuitos secundarios v ase la Figura 28 Adem s de duplicar la se al el transformador proporciona aislamiento galv nico entre los componentes de control y los com
109. eparar los circuitos tras los diversos accidentes Por ltimo me gustar a agradecer a mis compa eros y amigos de la universidad por animarme siempre que lo necesit y hacerme re r a pesar de todos los problemas 21 22 DOCUMENTO I MEMORIA 24 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL NDICE DE LA MEMORIA Indice de la memoria Parte I Ha a 30 Cap ulo J IntrodBeglOH id 31 1 1 Estudio de las tecnolog as existentes e ceecee eee ee eese eee eene en etnue 31 1 1 1 Hardwate uec e eot Dre eter t tete eae iets Eee fte e oorr esteso Depart uu 31 1 1 2 Algoritmos de control encontar trt aret eben ese Ere tl bee Ete DER 38 1 1 3 Sistemas de comunicaci n ccccecescecceseeteceessstcceeseetecsesecnessessceessecececssnceeseceseeect 45 1 2 Motivaci n del proyecto 4 eee ee eres eene eee ee eite enata atento neta ette ease tae ena 50 1 3 A iess r siseosas veb p save vrss oo uvole vivos issos 51 1 4 licum ubt 51 1 5 Recursos y herramientas empleadas ceres eee eee eese eese tn nenne 53 Capiulo 2 Arquitecta 54 2 1 WtPODUCCION m 54 2 2 liii e EIER OUR e 54 2 3 SOL ply QC Ce Rc D oS 55 2 4 Algoritmos de COntEol eene reo noe ES ene eorr cave treno robar ao nera econo reae ove 56 2 5 Algoritmo ui m MW n
110. er Output Under TAGE LIMIT HYS 11700 Voltage Hysteresis 3Vac RMS PV Panel Operating Voltage Limits define PVPANEL MPP_LIMIT 26900 Max MPP Voltage 46Vdc 106 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Defines h define PVPANEL OVERVOLTAGE LIMIT 30370 52V open circuit voltage 52 R74 R74 R72 Converted into ADC counts and Q15 format E Vv define PVPANEL OVERVOLTAGE LIMIT HYS 28900 PV Panel Over Voltage Hysteresis 2V define PVPANEL UNDERVOLTAGE LIMIT 10900 Minimum Operating Voltage 20Vdc 18 5 R74 R74 R72 i E Converted into ADC counts and Q15 format define PVPAN UNDERVOLTAGE LIMIT HYS 12300 PV Panel Under Voltage Hysteresis 2V Inverter Output Current Max Rating define INVERTER OUTPUTCURRENT MAX 13000 At 210Vac full load expected peak inverter output current 1 6A This current gain of 185mV A gain of U5 measured by the ADC and converted to Q15 Subtract off the offset AC Current Offset Limits define MINOFFSETCURRENT 12896 Nominal 1 6V convert to ADC and 015 define MAXOFFSETCURRENT 17856 Maximum Output Power Limit define DERATINGFACTOR 39600 define DERATINGSLOPE 25000 25673 1 567 in 014 format define DERATINGCONSTANT 18235 1 113 in Q14 format Power De rating Limits define POWERDERATINGLIMIT 14300 C
111. er acceso al tejado de sus instalaciones para poner paneles solares o a aquellos con un terreno pr ximo donde ubicar los paneles 98 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Estudio econ mico Los ahorros alcanzados se pueden estimar en un 20 en la cuota fija relacionada con la potencia contratada y en un 33 en el consumo de kilovatios hora Por este motivo en una primera etapa se puede pensar en los siguientes clientes Sector residencial Viviendas aislada chalets adosados y tambi n comunidades de vecinos que pueden usar este tipo de productos para reducir la factura del recibo de la luz comunitaria Sector empresarial Negocios ubicados en parques tecnol gicos con posibilidad de instalar paneles solares y hoteles Si analizamos las etapas t picas del ciclo de vida de un producto en el mercado introducci n crecimiento madurez y declive observamos que en la etapa de introducci n y crecimiento se pueden tener p rdidas por lo que es necesario tener muy claro el segmento de mercado al que nos dirigimos Introd Crecimiento Madurez Declive Costes por desarrollo y producci n Ingresos por ventas Tiempo Flujo de caja Figura 46 Ciclo de vida de un producto En el sector residencial hay que dirigirse a clientes tecnol gicos de alto nivel adquisitivo que es coherente con la condici n de vivir en casas aisladas que puedan asum
112. eraci n l neas de transporte y los puntos de consumo En el siglo XXI surge la idea de la generaci n distribuida y las microrredes Esta idea se basa en utilizar redes con peque os generadores y sistemas de almacenamiento v ase la figura 1 La generaci n se realiza en el lugar de consumo por tanto se evitan las p rdidas en el transporte de la energ a Estas microrredes pueden tener conexi n a la red de distribuci n de energ a el ctrica o no tenerla AC Bus A Oc AC DC DC AC v Wind Energy Conversion System ZL DC DC PRA with MPPT DC AC a Control PV Array SS 7 DEIA Customer E Loads Battery 7 PON f i er Other Energy Sources _____ 1 el B 1 Future 1 y i AS e ed Interfacing AA ACIDC TUI MU MU DC DC DC AC UN FC Stack Pressure Load Electrolyzer Actuator Q H Backup H Reservior Tanks Tanks Compressor Figura 1 Esquema de la microrred de 1 11 La producci n de energ a en este tipo de redes apuesta en la mayor a de los casos por una combinaci n de diferentes fuentes de energ a En general los dise os incluyen energ a solar fotovoltaica energ a e lica y otra fuente distinta Entre las opciones m s usadas se encuentran los generadores diesel las pilas de combustible o la cogeneraci n Actualmente la mayor a de las redes inteligentes de este tipo incluyen un sistema de almacenamiento mediante bater as o mediante un tanque de hidr geno para l
113. f driveSupplyVoltage gt MAXDRIVEVOLTAGE driveSupplyVoltage lt MINDRIVEVOLTAGE driveSupplyFaultCnt if driveSupplyFaultCnt gt 10 driveSupplyFaultCnt 10 if faultState NO FAULT faultState DRIVE SUPPLY else driveSupplyFaultCnt 0 if faultState DRIVE SUPPLY faultState NO_FAULT Check Reference Voltage if referenceVoltage lt MINREFERENCEVOLTAGE referenceVoltage gt MAXREFERENCEVOLTAGE referenceVoltageFaultCnt 134 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Statemachine c if referenceVoltageFaultCnt 10 referenceVoltageFaultCnt 10 if faultState NO FAULT faultState REFERENCE VOLTAGE else referenceVoltageFaultCnt 0 if faultState REFERENCE VOLTAGE faultState NO_FAULT Check the fault state if it is not equal to No Fault then set systemState SYSTEM ERROR Modified for isolated mode if faultState NO FAULT if faultState INVERTER VOLTAGE faultState INVERTER FREQUENCY if systemState ISLANDSTARTUP amp amp systemState ISLANDMODE systemState ISLANDSTARTUP faultState NO_FAULT else systemState SYSTEMERROR Check the On Off switch state if PORTCbits RC11 0 switchState SWITCHON else put system state in systemError switchState
114. grid development Through the development of microgrids electricity consumption will be reduced due to its easy integration with renewable energies In addition by promoting distributed generation losses in transmission networks will be minimized This reduction in energy consumption and energy losses will create a more sustainable and ecological future References 1 C Wang and M H Nehrir Power Management of a Stand Alone Wind Photovoltaic Fuel Cell Energy System IEEE Transactions on Energy Conversion vol 23 no 3 pp 957 967 2008 20 Agradecimientos En primer lugar me gustar a agradecer el apoyo proporcionado por mis padres durante los cinco a os de carrera sobre todo en los momentos m s dif ciles cuando todo parec a imposible Quisiera agradecer a Alvaro S nchez uno de mis directores de proyecto sus indicaciones cruciales para guiar el desarrollo de mi proyecto fin de carrera Desear a agradecer tambi n a Jaime Boal otro de mis directores quien estuvo presente cada d a por su paciencia a la hora de ense arme y por su ayuda en la resoluci n de los problemas Quisiera agradecer a Christian Calvillo el ltimo de mis directores por transmitirme tranquilidad incluso en los momentos m s dif ciles y por sus excelentes explicaciones No quisiera olvidarme de agradecer al personal de mantenimiento del departamento de electr nica especialmente a Jos Mar a Bautista que hicieron lo imposible para r
115. h Control Caso 1 Agentes e lica 33 5 KW Caso 2 42 5 KW 11 Control Arquitectura distribuida 12 Control Programaci n entera mixta 13 Solar fotovoltaica y Bater as 50 KWh Control gt 50 KW Arbol de los posibles unidad de estados CPLEX cogeneraci n 14 Solar fotovoltaica Bater as 10 KWh Control 15 KW 12 Renovables e lica y generador 20 Bater as diesel 32 Generador diesel 15 Control 11 KW Prioridad de las cargas y nivel de comodidad 16 Solar fotovoltaica Bater as 10 8 Simulaci n 50 KW Cooperativo Simulaci n en e lica y generador Kwh lazo cerrado di sel Tabla 2 Comparativa relacionada con el control de la microrred A continuaci n se comentan detalladamente cada uno de los trabajos analizados En 8 se empieza con unas definiciones de ciertos conceptos La parte principal consiste en la simulaci n de una red con cinco edificios inteligentes con una carga el ctrica generaci n de energ a solar fotovoltaica y almacenamiento en bater as El programa de respuesta a la demanda se puede basar en el precio de la energ a en cada momento o en el precio de la energ a y en un control directo de ciertas cargas por parte de la compa a el ctrica Para simular la variabilidad de la respuesta de los cinco edificios debido a las diferentes estrategias de los usuarios se usa una distribuci n de probabilidad uniforme As mismo se crean cinco escenarios diferentes para validar el correcto funcionamiento d
116. hoc los dispositivos inal mbricos se conectan entre si directamente El modo infraestructura tiene las ventajas de una gesti n centralizada de la seguridad y mayor cobertura En este caso se implement una red en modo infraestructura y se us un router inal mbrico como punto de acceso v ase la Figura 8 47 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n Battery Solar Panel Storage m End User N Load 9 WLAN T m Firewall VPN Power Sensor Wireless Control Devices Router with Wireless S Module Fuel Cell Load Figura 8 Esquema del sistema de comunicaci n de la microrred de 19 Se concluye que aunque la red Wi Fi es m s lenta es una soluci n apropiada para microrredes peque as debido a una instalaci n f cil un coste bajo de mantenimiento y sobre todo debido a su flexibilidad a la hora de incluir m s dispositivos En 20 se recuerda el concepto de microrred y los dos modos de funcionamiento de esta Adem s se indica la necesidad de un buen sistema de comunicaci n para obtener eficiencia en la microrred La microrred propuesta est dise ada para funcionar con un control maestro esclavo El inversor principal conecta la l nea de DC con la l nea de AC En la l nea de AC se conectan los generadores las cargas y la red de distribuci n En la l nea de DC se conectan las bater as
117. iado es hacer un sistema h brido con varias fuentes de energ a Se presenta dicho sistema con paneles solares una turbina e lica una pila de combustible de H y bater as Adem s el sistema incluye un electrolizador que genera H consumiendo electricidad La pila de combustible se usa como almacenamiento a largo plazo y las bater as como almacenamiento a corto plazo Para unir las diferentes fuentes de energ a se usan varios convertidores e inversores v ase la Figura 1 Esquema de la microrred de 4 Figura 1 La turbina genera en alterna se pasa a corriente continua para despu s utilizar un inversor que lo conecta a la red de 60 Hz Los paneles solares y las bater as se conectan a la red mediante otros dos inversores La pila de combustible se conecta a la misma red a trav s de un convertidor de continua a continua y un inversor Tambi n se usa un rectificador para alimentar al electrolizador 34 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n Wind Energy Conversion System Figura 1 Esquema de la microrred de 4 Cuando hay un exceso de producci n por parte de los paneles solares y la turbina e lica se pone en marcha el electrolizador que genera H y lo introduce en un tanque de reserva Si por el contrario hay un d ficit en la producci n de energ a se activa la pila de combustible que transforma el Hz almacenado en energ a el ctrica Po
118. ico a trav s de un archivo institucional accesible de modo restringido en los t rminos previstos en el Reglamento del Repositorio Institucional En el supuesto de que el autor opte por el acceso restringido este apartado quedar a eliminado UNIVERSIDAD PONTIFIC ICAI ICADE CoMiLLAS d Recibir notificaci n fehaciente de cualquier reclamaci n que puedan formular terceras personas en relaci n con la obra y en particular de reclamaciones relativas a los derechos de propiedad intelectual sobre ella 52 Deberes del autor El autor se compromete a a Garantizar que el compromiso que adquiere mediante el presente escrito no infringe ning n derecho de terceros ya sean de propiedad industrial intelectual o cualquier otro b Garantizar que el contenido de las obras no atenta contra los derechos al honor a la intimidad y a la imagen de terceros c Asumir toda reclamaci n o responsabilidad incluyendo las indemnizaciones por da os que pudieran ejercitarse contra la Universidad por terceros que vieran infringidos sus derechos e intereses a causa de la cesi n d Asumir la responsabilidad en el caso de que las instituciones fueran condenadas por infracci n de derechos derivada de las obras objeto de la cesi n 62 Fines y funcionamiento del Repositorio Institucional La obra se pondr a disposici n de los usuarios para que hagan de ella un uso justo y respetuoso con los derechos del autor seg n lo permitido por la
119. if Ioutput 32767 output 32767 totalOutput long Poutput Ioutput Get peak voltage from peakInverterOutputVol if systemState ISLANDSTARTUP systemSta peakVout peakInverterOutputVoltage PWM outputs VE_2ND_QUADRANT BridgeState FULLBRIDGE 0205 ACTIVE 0 eDynamic int mpptFactor gt gt 15 utCurrent lt lt 1 gt gt IB int currentError int Rsa gt gt 15 tage or from peakInverterOutputVoltage False te ISLANDMODE 128 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Isr c else peakVout peakInverterOutputVoltageFalse Input Output Voltage Decoupling Software Vo Vin Vo rectifiedVac is in Q13 format rectifiedvac builtin mulss int currentReferenceDynamic int peakVout gt gt 16 pvPanel Voltage is multiplied by Q15 0 89 to have the same per unit as the rectifiedVac and both are in 013 format 56 1 turns ratio 392 7 392 445 0 89 decoupleTerm rectifiedVac builtin mulss 29163 int pvPanelVoltage gt gt 17 Divide Q26 Q13 result is in Q13 decoupleTerm _ builtin divsd long rectifiedVac lt lt 13 decoupleTerm totalOutput totalOutput long decoupleTerm lt lt 2 Clamp total output to the maximum Duty Cycle if totalOutput gt MAXDUTYCLAMPED MON MAXDUTYCLAMPED s if totalOutput lt 0 ios 0
120. ila de hidr geno 18 KW combustible H 5 Back to back gt 1 MW converter 6 Solar Back to back gt 1 MW fotovoltaica y converter pila de combustible 7 Back to back 120 KW converter Tabla 1 Comparativa relacionada con el hardware A continuaci n se comentan detalladamente cada uno de los trabajos analizados En 1 se propone una red inteligente de un edificio que se basa en la energ a solar fotovoltaica y al mismo tiempo en la energ a solar t rmica Hay que tener en cuenta que los paneles solares producen electricidad en corriente continua y las cargas de los usuarios necesitan en general corriente alterna En este trabajo la prioridad m s importante es la calidad del abastecimiento de energ a y en este sentido se deben controlar varios factores como la tensi n la frecuencia de la corriente la distorsi n arm nica el factor de potencia la potencia reactiva y el tiempo de respuesta del sistema Para la conversi n de corriente continua a alterna se usa un inversor PWM multinivel porque gracias a l se pueden alcanzar niveles altos de tensi n con un nivel bajo de arm nicos en la tensi n 32 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n La segunda prioridad del sistema es minimizar las p rdidas en los procesos de transformaci n de la energ a Para evitar dichas p rdidas se usa la energ a solar t rmica para enfriar e
121. ir que la reducci n en su factura del recibo de la luz no justifique plenamente la inversi n inicial 99 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Estudio econ mico pero que sientan la satisfacci n de pertenecer al club de los usuarios h bridos de energ a el ctrica En el sector empresas hay que dirigirse a empresas relacionadas con el cuidado del medio ambiente y la sostenibilidad ya que este tipo de clientes puede trasladar a su imagen corporativa este tipo de inversiones Como conclusi n el producto desarrollado en este proyecto fin de carrera se encuentra en un sector con tasas de crecimiento elevadas y con un mercado potencial en expansi n siendo preciso en una primera etapa seleccionar adecuadamente los nichos de mercado al que han de dirigirse los esfuerzos de venta 100 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Estudio econ mico Parte Ill MANUAL DE USUARIO 101 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Manual de usuario Cap tulo 1 MANUAL DE USUARIO En este cap tulo se indica como encender el inversor como apagarlo y qu hacer si se desea pasar del modo aislado al modo conectado a la red y viceversa Para encender correctamente el microinversor AN1444 Aseg rese de que el inter
122. junto 68 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware FLY_OUT 2014 1 0 Ene Interleaved Fluback EQ sm aH co 2 zm y P4 o i E Figura 23 Circuito impreso del convertidor Flyback 3 7 CONTROLADOR DEL CONVERTIDOR FLYBACK En esta secci n se muestra la configuraci n del circuito encargado de generar las se ales que controlan el convertidor Flyback a trav s de los transistores Las se ales de entrada de este circuito son las se ales generadas por el PWM del microprocesador en funci n del c digo de control v ase la Figura 24 Estas se ales se introducen en los controladores Drivers mediante un divisor de tensi n y son estos los encargados de generar las se ales que controlan los transistores Para asegurarse que la tensi n de alimentaci n de los controladores es constante hay dos condensadores en paralelo A la salida de los controladores se encuentran cuatro diodos 69 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware de protecci n uno por cada se al de control Se incluyeron los diodos D22 y D25 para obligar a tener una tensi n menor o igual a cero en las se ales QCLAMPI y QCLAMP2 GND PV GND PX cis C6 QhF t TP16 t R112 DFW SUPPLY 5 ma our
123. l ambiente para calentar el agua o para calefacci n Adem s mediante dep sitos de agua caliente o de hielo se puede almacenar dicha energ a f cilmente para usarla en otro momento En 2 se analiza el funcionamiento de la red inteligente de un hogar en la que se instala una potencia de 4 kW de generaci n m xima Se dise la red para cubrir las necesidades de un hogar medio de Nueva Inglaterra con una probabilidad de p rdida de abastecimiento de un d a cada diez a os En primer lugar se consult a un centro meteorol gico cercano las caracter sticas del viento y la irradiaci n solar de la zona Con estos datos utilizando distribuciones de probabilidad se calcul la potencia de energ a solar ptima 2 5 kW y la capacidad de almacenamiento ptima de la bater a 44kWh para minimizar el coste del sistema El sistema consta de cuatro partes principales los paneles solares fotovoltaicos la turbina e lica que es un generador s ncrono de imanes permanentes de 1 5 kW de potencia las unidades de acondicionamiento de energ a y las bater as Las unidades de acondicionamiento de energ a est n compuestas por un microprocesador que fija la tensi n de los paneles solares para maximizar la potencia generada en cada momento un rectificador que transforma la energ a alterna de la turbina en energ a continua un inversor cargador bidireccional que conecta el sistema con la red y un inversor que conecta el sistema con la carga media
124. l de tensi n proporcionan aislamiento galv nico entre la entrada y la salida Posteriormente se halla el inversor Full Bridge este m dulo se encarga de generar una onda alterna a partir de una tensi n continua Este m dulo se controla mediante un PWM desde el microprocesador Justo antes de la salida se encuentra el filtro EMI Electromagnetic Interference filter este m dulo es el encargado de atenuar los arm nicos superiores Gracias a esta atenuaci n la onda alterna de salida es casi senoidal adem s posee dos fusibles de protecci n Por ltimo se puede observar el m dulo de control que incluye el microprocesador los circuitos de acondicionamiento de medidas el conversor A D y el PWM Las funciones que desarrolla este m dulo son el control del inversor y la protecci n del mismo mediante varias verificaciones 2 3 SOFTWARE En esta secci n se da una idea general del c digo del microprocesador encargado de controlar el inversor el c digo se analizar m s profundamente en el cap tulo 4 55 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Arquitectura Toda la informaci n le llega al microprocesador mediante la interrupci n del conversor A D exceptuando la se al del comparador Esta se al indica si hay una sobre corriente en el convertidor Flyback lo que implica un error grave Una vez recibidas las medidas se realizan varias verificaciones
125. l encargado de controlar el sincronismo entre la tensi n de referencia y la tensi n generada Para ello toma los valores de pico y los cruces por cero de la tensi n de referencia Verifica que el pico de la onda generada coincida con el pico de la tensi n de red y en caso contrario calcula las modificaciones necesarias Este lazo de control act a sobre el inversor Full Bridge mediante otro de los generadores PWM que posee el microprocesador 4 3 FUNCIONAMIENTO EN MODO ISLA En esta secci n se explicar el funcionamiento de los controles cuando el microinversor trabaja aislado de la red de distribuci n el ctrica es decir en modo isla Para una mayor comprensi n del funcionamiento v ase la Figura 44 La idea generales que en modo isla la tensi n de referencia de los controles en vez de ser la tensi n de salida es una tensi n calculada de manera te rica Para generar la variable tiempo de esta referencia te rica se incluy una interrupci n adicional que se ejecuta cada 100 microsegundos El algoritmo MPPT es el encargado de controlar que la zona de tensi n continua trabaje a la tensi n ptima La funci n del MPPT teniendo en cuenta el nivel de tensi n a la entrada y la corriente de entrada genera un coeficiente que se env a a la funci n de control de los Flyback Por este motivo la funci n de este control que no se ve afectada por el cambio de referencia El segundo control mide la corriente de cada uno de ellos y cal
126. l hardware Bavigg 3V3 1 Figura 14 Esquema del sensor de corriente alterna A continuaci n se muestra el circuito impreso dise ado que est representado en la Figura 15 Ene 2014 AC Current Sense v1 0 Figura 15 Circuito impreso del sensor de corriente alterna 60 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware 3 3 SENSOR DE TENSI N DE ENTRADA En esta secci n se detalla el circuito encargado de medir la tensi n de entrada en este circuito tambi n se mide la temperatura del inversor y se genera la tensi n de referencia de 2 5 V El circuito de acondicionamiento de la tensi n de entrada se realiz mediante un divisor de tensi n v ase la Figura 16 Se a adi un condensador para estabilizar la tensi n y un diodo doble de protecci n que impide que la tensi n sea superior a 3 3 V o inferior a O V La referencia de 2 5 V se realiz mediante un diodo Zener alimentado a SV y la tensi n proporcional a la temperatura se obtiene directamente del sensor alimentado a 3 3V Figura 16 Esquema del sensor de tensi n de entrada A continuaci n se muestra el circuito impreso dise ado que est representado en la Figura 17 61 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware
127. levar la tensi n y transmitir la potencia al m dulo del inversor Full Bridge En serie con dichos transformadores de tensi n se situan los transformadores de intensidad TR5 y TR7 Estos transformadores generan una intensidad proporcional a la del circuito de potencia que se env a al circuito del sensor de corriente del Flyback 66 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware Los transformadores TR4 y TR6 que son los encargados de elevar la tensi n est n controlados por los transistores Q6 Q7 Q8 y Q9 v ase la Figura 22 Uno de los problemas que pueden surgir es que al apagar el transistor la energ a almacenada en el n cleo magn tico puede provocar sobre tensiones para evitarlo se introdujeron algunos condensadores Fly2 CT FiY2 CT PE AFNI CT Pi t Ins IRFSIORL V 12 TRS or RH TRS 3 PRS GND Pv TRE 1 E 1 1 Raw ns PET 2 TRS ag Fi IRFSIL V GND PV zz Jazz zz Azz 199 z909 629 29 lo 2 SH dha i AD EE E azz nee sel az iz 2 13 I I ca 10F GND PV GND PV cra cn 2ampr imr GND pv P QFLY2 GND PV Jp3 GND Pv Figura 22 Esquema del convertidor Flyback 67 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL
128. mente y es preciso acceder de forma escalonada a fuentes de energ a renovable procurando mezclar las energ as tradicionales procedentes del petr leo y fisi n nuclear con las nuevas energ as renovables Si nos centramos en el mercado espa ol estas perspectivas mundiales pueden tener gran validez ya que nuestro pa s cuenta con una climatolog a favorable para la producci n de energ as renovables y actualmente se encuentra en una posici n de liderazgo en este campo energ tico Un producto como el desarrollado en este proyecto fin de carrera entronca perfectamente en este escenario Esto se debe a que permite a un hogar o a una empresa seguir usando la energ a el ctrica tradicional al tiempo que se compatibiliza este uso con la incorporaci n a su consumo el ctrico de una energ a renovable Con el atractivo de que se reducir el importe pagado a la compa a el ctrica que le suministre la energ a Se puede decir que el principio es el mismo que se emplea actualmente en los coches h bridos Dentro de la factura de la luz tradicional el ahorro de este producto incide en dos apartados en el n mero de kilovatios hora consumidos y en la potencia contratada Uno de los condicionantes del producto es que se pueda instalar un generador de energ a renovable tipo paneles solares o molinos de viento El trabajo se plantea en principio pensando en paneles solares por lo que los clientes potenciales se centran en aquellos que puedan ten
129. mp firstQuadrantFlag 1 zcCounter if zcCounter gt zeroCrossDelay if prevFullBridgeState PORTBbits RB15 amp amp systemState DAYMODE systemState ISLANDMODE if faultState NO FAULT faultState HARDWAREZEROCROSS zcCounter 0 firstQuadrantFlag 0 fullBridgeState FULLBRIDGE 0304 ACTIVE else zcCounter 0 break 127 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Isr c break Now that we know the state we can modify the if fullBridgeState FULLBRIDGE Q304 ACTIVE OPTO_DRV1 1 OPTO DRV2 0 OCON3bits OVRENL OF else if fullBridgeState FULLBRIDGE INACTI OCON3bits OV LOCON3bits OV OPTO DRV2 OPTO_DRV1 RENH RENL Ly 1 H 1 Ly else if full OPTO_DRV2 OPTO_DRV1 LOCON3bits OV OF RENH else OCON3bits OVRENH OCON3bits OVRENL OPTO_DRV2 1 OPTO_DRV1 1 void flybackControlLoop void unsigned int flybackDutyCycle 0 unsigned int rectifiedVac 0 decoupleTerm int IoRef 0 currentError 0 Poutput long int totalOutput 0 int peakVout 0 OF Compensator Software IoRef builtin_mulss int currentReferenc currentError IoRef rectifiedInverterOutp Poutput builtin _mulss currentError Ra output Ioutput long builtin mulss if Ioutput gt 32767 output 32767 else
130. nclusiones por un lado se comprueba mediante simulaci n que el sistema es efectivo y por otro lado se advierte que es posible que se genere un pico en el consumo una vez se supere el tiempo de control fijado por el usuario 43 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n En 16 se menciona el desarrollo de varios tipos de controles para las microrredes que optimizan el coste y diversos tipos de simulaci n de controles Pero es dif cil comparar adecuadamente los tipos de controles ya que en general se implementan en redes distintas En este art culo se desarrolla un hardware para simular en lazo cerrado diferentes tipos de controles de microrredes El sistema se compone de un simulador digital en tiempo real de la microrred el sistema de control que se est poniendo a prueba y un emulador de las comunicaciones con los distintos componentes de la microrred La microrred simulada en tiempo real tiene como fuentes de energ a unos paneles fotovoltaicos una turbina e lica y un generador di sel v ase la Figura 6 Adem s posee unas bater as de 10 8 KWh dos cargas y conexi n a la red de distribuci n Microgrid PV Wind Utility Grid Figura 6 Esquema de la microrred de 16 Posteriormente se comprueba el funcionamiento de un control cooperativo en el que el sistema de almacenamiento de las bater as BESS regula el flujo de potencia en el pu
131. nerg a se podr generar realmente una red inteligente de energ a el ctrica En 18 se se ala que las microrredes deben poder funcionar en modo isla y conectadas a la red de distribuci n y que son posibles gracias a diversos factores entre ellos la generaci n distribuida Uno de los problemas es mantener el voltaje y la frecuencia en niveles aceptables en el modo isla y para ello es necesario establecer una comunicaci n y tener un sistema de almacenamiento En ocasiones se usan m todos de comunicaci n que emplean conexiones separadas En cambio en este art culo se presenta un sistema de comunicaci n que usa el voltaje y la frecuencia de la microrred como par metros de la comunicaci n La microrred consta de dos generadores una carga y un sistema de almacenamiento Se utiliza un m todo de control de ca da para regular la microrred siendo capaz de funcionar en dos modos el modo isla y el modo conectado a la red En modo isla la frecuencia y el voltaje est n fijados por la acci n de la bater a Cuando la frecuencia baja la bater a aporta potencia activa subiendo la frecuencia y si baja el voltaje aporta potencia reactiva Por otro lado si la frecuencia y la tensi n est n bien y la bater a tiene poca carga lt 20 esta pasa del modo descarga al modo carga Se toman dos corrientes de referencia se calcula el error y utilizando un control PI se generan las se ales de control del PWM del inversor de la bater a v ase la Figura 7
132. nt will have a large glitch and also trip the flyback OVP circuit if startupZeroCrossCounter gt ZEROCROSSCOUNT gt gt 1 amp amp ninetyDegreeDetectFlag 1 startFullBridgeFlag 1 Set Flag to start full bridge drive After several consecutive zero crossings switch to Day Mode if startupZeroCrossCounter gt ZEROCROSSCOUNT if inverterPeriod gt INVERTERPERIOD60HZMIN amp amp inverterPeriod lt INVERTERPERIOD60HZMAX inverterPeriodMin INVERTERPERIOD60HZMIN inverterPeriodMax INVERTERPERIOD60HZMAX Delay at the zero crossings to allow AC voltage to reach flyback voltage zeroCrossDelayNom 20 zeroCrossDelayMax 22 Delay slightly varies with AC voltage zeroCrossDelayMin 18 zeroCrossDelay zeroCrossDelayNom Wait 17us delay at the zero cross before turning on flyback full bridge else inverterPeriodMin INVERTERPERIOD50HZMIN inverterPeriodMax INVERTERPERIOD50HZMAX Delay at the zero crossings to allow AC voltage to reach flyback voltage zeroCrossDelayNom 30 zeroCrossDelayMax 35 Delay slightly varies with AC voltage zeroCrossDelayMin 25 zeroCrossDelay zeroCrossDelayNom Wait 17us delay at the zero cross before turning on flyback full bridge 136 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Statemachine c Change system state to Day Mode SystemState
133. nte un transformador A continuaci n se hace un an lisis del sistema y se comprueba que el sistema no funciona como se esperaba debido a que las condiciones meteorol gicas no son iguales a las del centro meteorol gico cercano por este motivo la generaci n solar fotovoltaica est en torno al 78 de lo esperado y la e lica en torno al 6 de lo esperado Por ltimo se elabora un estudio econ mico a o 2001 del sistema en el que se estima que un particular deber a pagar 112 88 al mes Teniendo en cuenta que el precio del kW ser a de 0 41 frente a 0 12 precio que se paga a la compa a el ctrica de la zona se ve que es m s caro instalar el sistema que seguir pagando a la compa a el ctrica No obstante se cree que este precio se ira reduciendo con el tiempo pudiendo incluso llegar a ser competitivo En 3 se analiza que para no tener abastecimiento de energ a intermitente o variable la soluci n es a adir un sistema de almacenamiento de energ a La soluci n propuesta se basa en la topolog a de multipuerto centralizada compuesta por un convertidor DC DC al que se le conectan varios almacenamientos O generaci n de energ a y un inversor bidireccional que conecta el resto de elementos con la red inteligente El dise o mostrado est formado por cuatro elementos conectados entre s mediante un transformador de continua El primer elemento es una bater a conectada al transformador 33 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS
134. nto de acoplamiento com n Figura 6 y luego el sistema de control calcula la producci n necesaria del generador di sel teniendo en cuenta la potencia de las bater as y de PV y e lica Adem s en el modo isla de la microrred el control se encarga de regular la tensi n y la frecuencia de la tensi n Se concluye que el hardware de simulaci n en lazo cerrado ha sido validado con xito al comprobar su funcionamiento aplic ndole un control cooperativo de microrredes 44 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n 1 1 3 SISTEMAS DE COMUNICACI N En la Tabla 4 se puede ver una comparaci n de los diferentes trabajos considerados en este estudio del estado del arte relacionados con los sistemas de comunicaci n de las microrredes Trabajo Fuentes de Almacenamiento M todo de Tama o energ a comunicaci n 17 Red IP fibra ptica o WiMax 18 Dos generadores Bater as La tensi n y la 18 KW frecuencia de la microrred 19 Solar fotovoltaica Bater as Red IP Wi Fi e lica y pila de modo infraestructura combustible 20 Solar fotovoltaica Bater as eCAN para las ordenes E e lica y pila de Modbus para los datos combustible 21 Bluetooth Zig Bee y LAN Tabla 4 Comparativa de los sistemas de comunicaci n A continuaci n se comentan detalladamente cada uno de los trabajos analizados 45 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLA
135. ntrol para repartir la carga entre los dos convertidores Flyback que est n en paralelo Se trata de un control proporcional integral que mide las corrientes de salida de cada Flyback y calcula el incremento o decremento del factor de servicio de cada Flyback Al tener dos convertidores en paralelo con la mitad de corriente cada uno se reducen las p rdidas mejorando el rendimiento El factor de servicio de los convertidores Flyback se calcula mediante otro lazo de realimentaci n con un control proporcional integral Como datos de entrada usa la tensi n de entrada la tensi n pico de salida la corriente de salida y los incrementos calculados 56 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Arquitectura por el lazo mencionado anteriormente Calcula el factor de servicio de ambos convertidores DC DC para obtener el nivel de tensi n deseado a la salida Esto permite tener una tensi n de 230 Va la salida aunque la tensi n de entrada var e entre 25 y 45 V Finalmente existe un lazo de realimentaci n que sincroniza la tensi n de salida con la tensi n de la red Este control proporcional mide el momento de tensi n pico de la red y act a sobre el PWM que controla el Full Bridge 2 5 ALGORITMO MPPT En esta secci n se describe el funcionamiento del algoritmo de rastreo del punto de m xima potencia MPPT Maximun Power Point Tracker El objetivo de este algoritmo es
136. nverterFrequencyErrorFlag 0 frequencyFaultCounter 0 int maxInverterOutputVoltage 0 rectifiedInverterOutputVoltage 0 Compensator Variables int rectifiedInverterOutputCurrent 0 peakInverterOutputVoltage 0 long int Toutput 0 unsigned char fullBridgeState FULLBRIDGE INACTIVE 4TH QUADRANT Inverter Current Reference Variables unsigned char ninetyDegreeDetectFlag 0 unsigned int globalAngle 0 sineAngle 0 deltaAngle 0 unsigned int currentReferenceDynamic 0 ADC Variables unsigned int pvPanelVoltage 0 flybackCurrentl 0 flybackCurrent2 0 int inverterOutputVoltage 0 inverterOutputCurrent 0 prevInverterOutputVoltage 0 unsigned int driveSupplyVoltage 0 measuredTemperature 0 referenceVoltage 0 Flyback Current Moving Average Variables Arrays unsigned char currentArrayCnt 0 unsigned int averageFlybackCurrentl 0 averageFlybackCurrent2 0 unsigned int flybackCurrentlArray 8 0 0 0 0 0 0 0 0 unsigned int flybackCurrent2Array 8 0 0 0 0 0 0 0 0 long unsigned int flybackCurrentlSum 0 flybackCurrent2Sum 0 AC Current Variables and Moving Avg Variables Array unsigned int averageRectifiedCurrent 0 maxInverterOutputCurrent 0 unsigned int rectifiedInverterOutputCurrentArray 8 0 0 0 0 0 0 0 0 long unsigned int rectifiedInverterOutputCurrentSum 0 Peak Power and Burst Mode Variables unsigned int averagePeakOutputPower 0 peakInverterO
137. o del circuito ante sobretensiones transitorias El amplificador operacional U6A amplifica la tensi n de entrada y le suma 2 5V La se al de salida del amplificador UGA se env a al circuito de detecci n por cruce por cero A continuaci n se a adi un divisor de tensi n para generar la tensi n AC Voltage y tambi n se a adi el diodo doble D28 cuya funci n es mantener la tensi n entre 0 y 3 3V El circuito de cruce por cero posee un comparador este verifica continuamente si la tensi n es mayor o menor de 2 5V Cuando la tensi n pase a ser mayor de 2 5V se activa el transistor Q1 mandando una se al al microprocesador ZC INPUT e 99 CONT TR1 R133 R134 i MA M CED OR OR j oS TONZ_TR1 BA R137 R138 i VINVN CI HEHE OR OR TR1 CONZ TR1 ZE INPUT R OR OPA21300 li O1uF ho Figura 18 Esquema del sensor de tensi n alterna A continuaci n se muestra el circuito impreso dise ado que est representado en la Figura 19 63 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware TN 2 5U GND 3 3U GND A 5U GND S Ex 2 AC Voltage Sense amp Zero Cross Detection WY E v1 0 Ene 20 Figura 19 Circuito impreso del sensor de tensi n alterna 3 5 SENSOR DE CORRIENTE DEL FLYBACK En esta secci n se describe el circuito encargado de medir la
138. odo com n 3 3uH 2 5A Inductor fijo 0 22uH 40 5A SMD Varistor 275V RMS 14mm Radial Transistor bipolar NPN GP 500mA 45V SOT23 Transistor Mosfet Canal N 600V 20 2A TO263 Transistor Mosfet Canal P 150V 8 9A 1212 8 Transistor Mosfet Canal N 150V 83A D2PAK Resistencia 10 KOhms 1 10W 196 0603 SMD Resistencia 3 3 KOhms 1 10W 196 Resistencia 165 KOhms 1 10W 196 0603 SMD Resistencia 10 2 KOhms 1 10W 196 0603 SMD Resistencia 1 5 Ohms 1 4W 5 1206 SMD Resistencia 169K Ohms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 2 70K Ohms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 0 0 Ohms 1 4W 1206 SMD Resistencia 52 3 KOhms 1 10W 1 0603 SMD Resistencia 0 0 Ohms 1 10W 0603 SMD 154 Precio ud 0 112 0 143 0 124 0 192 6 4 0 78 0 663 0 97 1 48 0 325 3 18 0 068 0 81 0 53 0 53 3 99 0 28 2 58 2 49 0 96 0 12 2 2 2 85 7 59 0 02 0 015 0 262 0 014 0 122 0 013 0 1 0 048 0 306 0 007 Nombre R14 R15 R16 R17 R18 R71 R129 R130 R19 R25 R28 R34 R20 R27 R21 R106 R23 R36 R24 R31 R26 R30 R128 R29 R73 R91 R92 R113 R115 R121 R123 R35 R40 R46 R55 R58 R67 R74 R48 R50 R60 R62 R49 R61 R54 R66 R72 R75 R76 R83 R84 R95 R96 R114 R116 R122 R124 R77 R79 R85 R87 R81 R82 R89 R90 R97 R99 R101 R98 R100 R102 R103 R105 R108 R109 R141 SW1 TP1 TP2 TP3 TP4 TP5 TP6 TP7 TP8 TP9 TP10 TP11 TP12 TP13 TP14 TP15 TP16 TP17 TP18 TP19 TP20 TP21 TP22 TP23 TP24 TP25
139. omo desconectado de la red de distribuci n el ctrica Arquitectura Se decidi realizar el proyecto a partir de un dise o ya existente para poder abarcar el proyecto en un a o Tras un an lisis de las caracter sticas de varios inversores se decidi desarrollar el inversor a partir del inversor AN1444 de Microchip Los principales motivos fueron tiene una potencia de salida muy similar a la de los objetivos optimiza la tensi n de funcionamiento maximizando la potencia entregada y el dise o se puede descargar de manera gratuita de una p gina web de Microchip En primer lugar se construy una r plica de este inversor mediante los planos y lista de componentes proporcionados por Microchip La arquitectura b sica de este inversor est compuesta por varios bloques un grupo de condensadores de desacoplamiento un convertidor DC DC tipo Flyback un inversor Full Bridge un filtro EMI y un sistema de control El software de control de este inversor no permite trabajar sin una tensi n de referencia por lo tanto no es posible trabajar desconectado de una red de distribuci n el ctrica 12 Para solucionar este problema se desarroll durante la ejecuci n del proyecto un software de control capaz de realizar las tareas necesarias para poder funcionar tanto conectado a red como de manera aislada A continuaci n se comentar el funcionamiento de los controles que se llevan a cabo durante el funcionamiento cuando el microinversor est
140. original realizar los dise os en Eagle de cada uno de los m dulos programar los cambios necesarios para el modo isla realizar pruebas para comprobar el funcionamiento y redactar la memoria 51 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n Tarea Estudio del estado del arte Determinar objetivos Busqueda de componentes Comprensi n del funcionamiento Dise os en Eagle Programaci n Pruebas de funcionamiento Redacci n de la memoria Figura 11 Cronograma del proyecto A continuaci n se explica brevemente lo que abarca cada una de las tareas Estudio del estado del arte esta tarea consiste en analizar los trabajos actuales relacionados con el proyecto a realizar Se identifican los avances que se han ido realizando y se busca una manera de mejorar los sistemas actuales Determinar los objetivos es decidir y en hacer expl citos los objetivos que se desean conseguir B squeda de componentes consiste en buscar todos los elementos necesarios para construir el inversor objetivo teniendo en cuenta los precios de cada proveedor Comprensi n del funcionamiento es el an lisis del hardware y software original As se podr modificar el dise o original para conseguir las funciones a adidas deseadas Dise os en Eagle para reducir el coste del inversor se decidi pasar de las 4 capas del dise o original a un
141. orresponds to 24 5Vdc Power Decrement Factor for anti islanding define POWERDECREMENTFACTOR 0Q15 02 This is 2 which is an initial power de rating Maximum Average Flyback Current Limit define MAXFLYBACKCURRENT 29000 Max average current through flyback stage 3V on ADC 12V Drive Supply Operating Limits define MAXDRIVEVOLTAGE 30766 12 5V drive supply R2 R2 R1 convert to ADC and then 015 define MINDRIVEVOLTAGE 28300 11 5V in Q15 format Temperature Operating Limits define MAXTEMPERATURE 12400 Vout 75C 10mV C 5V 1 25V Convert to ADC reading then Q15 define MAXTEMPERATURE HYS 11400 65C degrees Convert to ADC reading and then Q15 2 5V Operating Limits define MINREFERENCEVOLTAGE 15744 2 4V R141 R141 R128 convert to ADC and then convert to 015 define MAXREFERENCEVOLTAGE 17056 2 6V in 015 format 50 60Hz Operating Limits define INVERTERPERIOD50HZMIN 528 Frequency set points for 50Hz 47Hz 53Hz ADC ISR rate is 17 87us define INVERTERPERIOD50HZMAX 595 107 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Defines h define INVERTERPERIOD60HZMIN 461 Frequency set points for 60Hz 59 3Hz 60 5Hz ADC ISR rate is 17 87us define INVERTERPERIOD60HZMAX 473 define INVERTERPERIODHYS 3 Hysteresis for Inverter frequency
142. override data Safe State IOCON2bits OVRENH 1 Enable override Disable MOSFETs IOCON2bits OVRENL 1 Leading Edge Blanking for Current Protection PWM1H rising and falling edges trigger LEB counter 240ns LEB is applied to current limit input LEBCON1 OxC4F0 PWM2H rising and falling edges trigger LEB counter 240ns LEB is applied to current limit input LEBCON2 OxCA4F0 PWM Fault Current limit Setup FCLCON1bits FLTMOD 0 Latched Fault Mode FCLCON1bits CLMOD 1 Current Limit Enabled FCLCON1bits CLSRC 1 Current Limit Source is Fault 2 FCLCON1bits CLPOL 0 Current Limit Source is Active High FCLCON2bits FLTMOD 0 Latched Fault Mode FCLCON2bits CLMOD 1 Current Limit Enabled FCLCON2bits CLSRC 2 Current Limit Source is Fault 3 FCLCON2bits CLPOL 0 Current Limit Source is Active High Triggers for ADC Module TRGCON1bits TRGDIV 0 Trigger ADC every PWM Period TRGCON1bits TRGSTRT 0 Wait 0 PWM cycles before generating first PWM trigger TRGCON2bits TRGDIV 0 Trigger ADC every PWM Period TRGCON2bits TRGSTRT 0 Wait 0 PWM cycles before generating first PWM trigger TRIG1 8 PWMl used to trigger ADCP4 TRIG2 8 PWM3 Configuration for Full Bridge Drive PWMCON3bits ITB 1 Independent Time Bas PHASE3 FULLBRIDGEPERIOD 2x the switching frequency of the flyback SPHASE3 FULLBRIDGEPERIOD 111 UNIVERSIDAD PONTIFICIA C
143. ponentes que transmiten el flujo de potencia TOP_LEFT_RIN I 25 ENB_A ENBB INA OUTA 4 GND VDD TOP_RGT_RTN INB QUTB MCP14E4 E SN BOT LEFT RTN OuF GND PV BOT RGT RTN TOP LEFT RTN BOT RGT DR ALWBOT RGT RTN TOP RGT DR TOP RGT RTN BOT LEFT DR Gi Figura 28 Esquema del controlador del puente H Seguidamente se muestra el circuito impreso dise ado que est representado en la Figura 29 Se puede observar como en la parte superior se encuentran las conexiones para la se al de entrada En la zona inferior est n las conexiones de las cuatro se ales de control producidas en el circuito 74 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware PWM3H PWM3L v1 0 Ene 2014 y U rw H O id gt A O 4 U U c A cn p LL Figura 29 Circuito impreso del controlador del puente H 3 10 PROTECCI N DE SOBRETENSI N DEL FLYBACK En esta secci n se describe el circuito de protecci n frente a sobre tensiones en el convertidor Flyback La tensi n que recibe es la de salida del convertidor Flyback y la tensi n de salida sirve para mandar una se al al microprocesador La tensi n recibida se transforma mediante un divisor de tensi n antes de conectarla con el componente U15 medi
144. que los programas de respuesta a la demanda que controlan el consumo del usuario para evitar los picos del consumo se han implementado en consumidores industriales pero no en los hogares Se presenta un sistema de control Home Energy Management para gestionar el consumo de una casa El objetivo del algoritmo es mantener el consumo por debajo de un l mite durante ciertas horas todo ello fijado por el usuario El algoritmo de control se basa en la prioridad de cada carga y en intentar mantener el nivel de comodidad del usuario v ase la Tabla 3 Appliance de Priori Homeowner Preference Water Heater 1 Water Temperature 110 120 F _ Space Cooling Unit Room Temperature 16 F 2 F Clothes Dryer Finish the job by midnight Maximum OFF time 30 mins Minimum ON time 30 mins EV Level 2 charging 4 Fully charged by 8 AM w 240V single phase Minimum charge time 30 mins Tabla 3 Prioridades de las cargas y preferencias en 15 En primer lugar se recopila informaci n acerca del estado de las cargas del consumo m ximo permitido y del tiempo que dura la restricci n Seguidamente se comprueba si se alcanzan los niveles de comodidad En tercer lugar si no se alcanza alg n nivel se comprueba si se puede encender la carga correspondiente Seguidamente se comprueba si se supera el l mite del consumo Si se supera este l mite se van apagando las cargas de menor a mayor prioridad hasta estar por debajo del l mite Como co
145. r ltimo se efect an varias simulaciones con varios escenarios que muestran la factibilidad y eficacia del sistema h brido propuesto En 5 se indica que para obtener un mejor rendimiento de los generadores y una gesti n energ tica m s eficiente es importante alcanzar un control del flujo de potencia entre la red de distribuci n y la microrred 35 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n Figura 2 Estructura de la microrred de 5 Se presenta un esquema de microrred basado en el convertidor back to back El flujo bidireccional de potencia se obtiene controlando cada uno de los dos convertidores que contiene el convertidor back to back cuando uno funciona como inversor el otro funciona como rectificador y al rev s Adem s el convertidor proporciona aislamiento a la frecuencia y al voltaje de la microrred con respecto a la frecuencia y al voltaje de la red de distribuci n El esquema del convertidor back to back se presenta en la Figura 2 El sistema puede funcionar de dos maneras en el primer modo se traspasa una cantidad especificada de potencia real y reactiva entre la red y la microrred En el segundo modo la demanda de la microrred es tan alta que los generadores trabajan al m ximo y la potencia que debe pasar a trav s del convertidor no puede ser especificada en este caso se pierde la utilidad del convertidor Por ltimo se concluy
146. r A continuaci n se muestra una tabla con la equivalencia entre el n mero de parpadeos el error que ha ocurrido v ase la Tabla 5 N mero de parpadeos EIN 1 Tensi n de entrada fuera de los l mites de funcionamiento 2 Frecuencia de la red inapropiada 3 Tensi n de la red fuera de los l mites de funcionamiento 4 Sobre corriente en el inversor Full Bridge 5 Sobre corriente en el convertidor Flyback DC DC 6 Temperatura elevada 7 Tensi n de alimentaci n interna inapropiada 8 Sobre tensi n a la salida del convertidor Flyback DC DC 9 Tensi n de referencia 2 5 V inapropiada 10 Offset de la corriente alterna excesivo 11 No se produce paso por cero en la tensi n de la red Tabla 5 Errores posibles del microinversor 103 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Manual de usuario Parte IV C DIGO FUENTE 104 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Defines h 105 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Defines h Cap tulo 1 DEFINES H En esta secci n se muestra el c digo del archivo defines h en l se hacen todas las definiciones de constantes del programa define define define define define define define define define define define O O O O L da da
147. r an EMI filter and a control system The control software does not allow the inverter to operate without a reference voltage so it is not possible to work disconnected from a power distribution network In order to solve this problem a control software was developed during project implementation This software is able to perform every task needed to operate connected to and disconnected from power distribution network 17 The control tasks carried out during grid connected mode will be discussed A block diagram of grid connected operation is shown in figure 2 There are three control loops at the same time MPPT algorithm load balance control and Full Bridge control Full Entrada DC Salida AC N am y D1 D2 finar s Vin pre flyback2 Load lout Balance E Flyback gt Control MPPT Factor Figure 2 Block diagram of grid connected operation MPPT algorithm Maximum Power Point Tracker is in charge of detecting the optimal input voltage which is the input voltage that maximizes the output power MPPT function takes into account input voltage and input current then it generates a factor that is sent to Flyback control function MPPT function operates with perturb and observe method This control loop is affected by load balance control its main task consist in verifying that load is distributed equally between the two Flyback converters This second control measures
148. rdware A continuaci n se muestra el circuito impreso dise ado que est representado en la Figura 31 ck Over Volta v1 0 Ene Y VOLTAGE Figura 31 Circuito impreso de protecci n contra sobretensi n en el Flyback 3 11 CONEXI N CON EL MICROPROCESADOR En esta secci n se muestra un m dulo que contiene varios circuitos de acondicionamiento y el circuito de conexi n del microprocesador con todas las sef ales necesarias para su correcto funcionamiento A continuaci n se analizar n de manera superficial los circuitos incluidos en este m dulo En la Figura 32 se puede observar que se ales se han conectado a cada uno de los pines del microprocesador Destaca la se al de referencia de 2 5 V que en lugar de medirse directamente se mide a trav s de un divisor de tensi n que contiene un condensador para estabilizar la tensi n rk UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL An lisis del hardware U1 PGECISDA RPTCNTRE PGEDVTDIEcURP amp CNSRES HIROD RPAICNAVACE Toompscusmes R01 o RP21CN21RCS PGEC3 RPISC NS RE1S 2 Ze DETECT si RP22C NZ2 RCS PGED3 RP amp C NS RES 5 RPSCNISRC3 woo 8 vss vwa 39 anor MCAP RP24LCN2URCS Js THES PAIBSH R P TC N TUR ff RPZ3CNZYRCT KNCSCON E TCKPABILAPI2CN12R512 ANSCMPAD RPTSC N TSRC2 3 PWIH2H RP 3C N TIRE T3 PGEC2RPACNUREL R128 PUAIM2U
149. rence instead of following the output voltage reference Also the Flyback control function which calculates the Flybacks duty cycle takes into account the theoretical voltage reference instead of the output voltage reference Entrada DC Salida AC E Flyback il N PWM signal 01 02 s D v m flyback2 Bal alance jc Flyback NU Control lt Reference signal MPPT Factor Figure 3 Block diagram of isolated mode operation Results It were tested both the connected operation mode and the isolated operation mode In the first one the proper microinverter operation was observed when the electricity distribution network must be followed In the second one the proper operation was observed when the microinverter must generate his reference voltage This reference was generated appropriately and the total harmonic distortion obtained was under 5 19 The results obtained were Eagle designs of each module inverter manufacture with a cost of 887 6 correct microinverter operation in connected mode and in isolated mode Conclusions In conclusion it has been possible to develop an inverter that is able to work connected to and disconnected from the electricity distribution network As its cost was lower than budgeted cost the main objective of this project was fulfilled This project has developed the bases to achieve in a near future a complete and efficient micro
150. renceVoltage extern unsigned int averageFlybackCurrentl averageFlybackCurrent2 extern unsigned int inverterPeriod peakInverterOutputVoltage burstModeActiveCounter extern int inverterOutputCurrent Nariable Declaration for DMCI Debugging Tool ifdef DMCI_STATEMACHINE int array1 100 int array2 100 int array3 100 unsigned char dmciArrayIndex 0 endif ifdef DMCI_MPPT 130 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Statemachine c int array1 100 int array2 100 int array3 l09Q unsigned char dmciArrayIndex 0 endif Variables para el modo isla long unsigned int ticks 0 Timer 3 Interrupt 300ms interrupt for Fault indication void attribute __interrupt__ no auto psv _T3Interrupt Static unsigned char ledCounter 0 interruptCounter 0 if ledCounter lt storeFaultState LED_DRV1 ON Blink LED to indicate fault storeFaultState is 2x to account for toggle Off ledCounter else if ledCounter lt storeFaultState 3 Wait three interrupts ledCounter else ledCounter 0 if systemState DAYMODE systemState ISLANDMODE interruptCounter InterruptCounter is used to diplay the last known fault for some time after the system restarts 300ms 200 1 minute if faultState NO FAULT amp amp interruptCounter gt 200 T3CONbits TON 0 Disable this
151. riodMax 2 zeroCrossDelayNom 30 zeroCrossDelayMax 35 Delay slightly varies with AC voltage zeroCrossDelayMin 25 zeroCrossDelay zeroCrossDelayNom if avgInputDataReadyFlag 1 During system startup read the PV panel Voltage open circuit voltage This information is used to help speed up the time to find MPP openCircuitVoltage inputVoltageAverage avgInputDataReadyFlag 0 Read AC Current offset during startup mode and verify data Needs to be completed before the full bridge is enabled during system startup if acCurrentOffsetFlag 0 acCurrentOffsetAverage acCurrentOffsetAverage inverterOutputCurrent if acCurrentOffsetCounter gt 255 acCurrentOffset acCurrentOffsetAverage gt gt 8 inverterOutputOverCurrent INVERTER OUTPUTCURRENT MAX 16383 acCurrentOffset acCurrentOffsetFlag 1 139 Statemachine c UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Statemachine c acCurrentOffsetCounter 0 acCurrentOffsetAverage 0 if acCurrentOffset MINOFFSETCURRENT acCurrentOffset gt MAXOFFSETCURRENT if faultState NO FAULT faultState ACCURRENT OFFSET else acCurrentOffsetCounter startFullBridgeFlag 1 Set Flag to start full bridge drive After several consecutive zero crossings switch to Day Mode if startupZeroCrossCounter gt ZEROCROSSCOUNT if
152. ro de la tensi n generada por el microprocesador en vez de tomarlos de la tensi n de la red el ctrica Verifica que el pico de la onda generada coincida con el pico de la tensi n de referencia y en caso contrario calcula las modificaciones necesarias Este lazo de control act a sobre el inversor Full Bridge mediante otro de los generadores PWM que posee el microprocesador 90 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Resultados Cap tulo 5 RESULTADOS En este cap tulo se explican las pruebas realizadas y los resultados obtenidos del trabajo obtenido tras la ejecuci n del proyecto fin de carrera Las pruebas que se realizaron fueron dos la verificaci n del funcionamiento conectado a la red de distribuci n y la verificaci n del funcionamiento en modo isla En la primera de ellas se observ el adecuado funcionamiento del microinversor cuando ha de seguir la referencia de tensi n marcada por la red de distribuci n el ctrica La referencia se sigui de manera correcta Posteriormente se calcul el rendimiento del inversor en diferentes puntos de funcionamiento calculando la potencia de entrada y de salida v ase la Figura 45 92 00 91 00 90 00 Intensidades de entrada 89 00 3 Amperios H 5 Amperios Rendimiento 88 00 at 1 25 Amperios 87 00 86 00 85 00 T T T 23 28 33 38 43 Tensi n de entrada Figura
153. royecto es consecuencia directa de la motivaci n del proyecto Este objetivo es desarrollar un inversor convertidor DC AC que cumpla los siguientes requisitos e Tener una potencia de salida de 200W e Tener la capacidad de ser reprogramable e Incluir elementos de optimizaci n de las condiciones de funcionamiento e Estar descompuesto en varios m dulos e Poder funcionar conectado a una red de distribuci n el ctrica y al mismo tiempo poder funcionar de manera aislada e Tener un coste inferior a 2000 1 4 METODOLOG A En primer lugar se tuvo que decidir que dise o se iba a utilizar como base o si se realizar a un dise o desde cero Se decidi realizar el proyecto a partir de un dise o ya existente para poder abarcar el proyecto en un a o Tras un an lisis de las caracter sticas de varios inversores se decidi desarrollar el inversor a partir del inversor AN1444 de Microchip Los principales motivos fueron tiene una potencia de salida muy similar a la de los objetivos optimiza la tensi n de funcionamiento maximizando la potencia entregada y el dise o se puede descargar de manera gratuita de una p gina de Microchip Posteriormente se estudiaron las tareas necesarias para la realizaci n del proyecto y se elabor un cronograma para cumplir los objetivos a tiempo v ase la Figura 11 Las tareas principales son realizar el estudio del arte determinar los objetivos buscar los componentes estudiar el inversor
154. rrent maxInverterOutputCurrent maxInverterOutputVoltage 0 maxInverterOutputCurrent 0 Change ZeroCrossDelay based on peak AC Voltage if peakInverterOutputVoltage gt 13800 zeroCrossDelay zeroCrossDelayMax else if peakInverterOutputVoltage lt 12000 zeroCrossDelay zeroCrossDelayMin else zeroCrossDelay zeroCrossDelayNom Maximum MPPT calculation is based on the grid peak voltage mpptFacorMaximum DERATINGSLOPE peakInverterOutputVoltage DERATINGFACTOR mpptFactorMaximum DERAT INGFACTOR __builtin_mulss peakInverterOutputVoltage DERATINGSLOPE gt gt 14 Power de rating routine 7W per Volt when operating below 25Vdc if inputVoltageAverage lt POWERDERATINGLIMIT amp amp systemState DAYMODE systemState ISLANDMODE Determine MPPT Derating Factor 1V gt 584 counts in Q15 7W gt 650 in Q15 Scale voltage properly mpptDeratingFactor POWERDERATINGLIMIT inputVoltageAverage mpptDeratingFactor builtin mulss mpptDeratingFactor DERATINGCONSTANT gt gt 14 Determine New MPPT Factor Maximum mpptFactorMaximum mpptFactorMaximum mpptDeratingFactor 121 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Isr c peakOutputPower builtin mulss peakInverterOutputVoltage peakInverterOutputCurrent 14 Moving Average for peak power peakOutputPo
155. ruptor ON OFF est en la posici n de OFF Conecte los cables a la entrada del microinversor aseg rese que la polaridad es correcta Conecte los cables al generador de corriente continua manteniendo el generador apagado en todo momento Conecte el cable de tensi n alterna a las bornas de salida Conecte el cable de tensi n alterna a la red de distribuci n o a la microrred Encienda el generador de corriente continua Coloque el interruptor ON OFF en la posici n de ON Para apagar correctamente el microinversor AN1444 Coloque el interruptor ON OFF en la posici n de OF Apague el generador de continua Desconecte el cable de tensi n alterna de la red de distribuci n o de la microrred Desconecte el resto de cables 102 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Manual de usuario Para pasar del modo de funcionamiento aislado desde el modo conectado a red no es necesario realizar ninguna acci n Cuando la tensi n baje del nivel m nimo se realizar de manera autom tica Para pasar del modo aislado al modo conectado a red e Apague el microinversor e Conecte su microrred a la red de distribuci n e Encienda el microinversor Si en cualquiera de los procesos anteriores o durante el funcionamiento del microinversor observa que parpadea el LED rojo D27 ha ocurrido un error Apunte el n mero de parpadeos y apague el microinverso
156. s and G Savard A System Architecture for Autonomous Demand Side Load Management in Smart Buildings IEEE Transactions on Smart Grid vol 3 no 4 pp 2157 2165 2012 X Guan Z Xu and Q S Jia Energy Efficient Buildings Facilitated by Microgrid IEEE Transactions on Smart Grid vol 1 no 3 pp 243 252 2010 J Bryan R Duke and S Round Decentralized generator scheduling in a nanogrid using DC bus signaling in IEEE Power Engineering Society General Meeting 2004 2004 pp 977 982 Vol 1 M Pipattanasomporn M Kuzlu and S Rahman An Algorithm for Intelligent Home Energy Management and Demand Response Analysis IEEE Transactions on Smart Grid vol 3 no 4 pp 2166 2173 2012 J H Jeon J Y Kim H M Kim S K Kim C Cho J M Kim J B Ahn and K Y Nam Development of Hardware In the Loop Simulation System for Testing Operation and Control Functions of Microgrid IEEE Transactions on Power Electronics vol 25 no 12 pp 2919 2929 2010 V K Sood D Fischer J M Eklund and T Brown Developing a communication infrastructure for the Smart Grid in 2009 IEEE Electrical Power Energy Conference EPEC 2009 pp 1 7 K O Oureilidis and C S Demoulias Microgrid wireless energy management with energy storage system in Universities Power Engineering Conference UPEC 2012 47th International 2012 pp 1 6 L K Siow P L So H B Gooi F L Luo C J Gaj
157. s Gore ete b eodera ores 82 Figura 40 Circuito impreso del filtro EMI eee 83 Figura 41 M quina de estados del c digo original sss 85 Figura 42 M quina de estados del c digo desarrollado 86 Figura 43 Diagrama de bloques del funcionamiento conectado a red 88 Figura 44 Diagrama de bloques del funcionamiento en modo isla 90 Figura 45 Rendimientos del microinversor conectado a la red de distribuci n 91 Figura 46 Ciclo de vida de un producto lemmisasiai editen 99 XXVIII UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Memoria Z e Indice de tablas Tabla 1 Comparativa relacionada con el hardware sess 32 Tabla 2 Comparativa relacionada con el control de la microrred 39 Tabla 3 Prioridades de las cargas y preferencias en 15 43 Tabla 4 Comparativa de los sistemas de comunicaci n sess 45 Tabla 5 Errores posibles del microinversor eene 103 XXIX UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n Parte I MEMORIA 30 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL
158. s generadores se conectan a la microrred mediante convertidores VSC Esta parte se conecta a la red de distribuci n a trav s del convertidor back to back La parte que m s destaca es el nudo de corriente continua donde se han conectado otros dos generadores mediante unos convertidores DC DC que ajustan la tensi n al valor del nudo del convertidor back to back Se resalta que el convertidor back to back puede proporcionar aislamiento respecto de la red de distribuci n la conexi n eficaz de generaci n distribuida de corriente continua y 37 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n la posibilidad del paso de potencia de las zonas de corriente alterna a las zonas de corriente continua Adem s se estudia c mo reacciona el sistema con varios tipos de controles y bajo diferentes circunstancias deduci ndose que la estructura propuesta es eficaz En 7 se dice que los convertidores pueden aislar a una microrred de las fluctuaciones de la red de distribuci n Pero que la protecci n de la microrred las cargas desequilibradas y los arm nicos pueden generar problemas si la microrred es alimentada por un convertidor Se presenta el caso de un pueblo de Finlandia que ten a problemas con el suministro para solucionarlo se instal un inversor back to back de 120 KVA que incluye filtros LCL El art culo presenta las primeras medidas de este tipo de converti
159. s se incluyeron dos estados m s y se reprogramaron las transiciones entre los estados Anteriormente no se distingu a entre unos tipos de errores y otros pero se vio la necesidad de distinguir los errores relacionados con la onda alterna de referencia respecto del resto de los errores El error n mero 2 indica que la frecuencia de la tensi n est fuera de los l mites establecidos y el error n mero 3 indica que el pico de la tensi n es excesivamente bajo Cuando alguno de estos dos errores existe significa que ser necesario trabajar de manera aislada ya que ha ocurrido alg n problema con el suministro el ctrico 86 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Desarrollo del software El estado System Error funciona exactamente igual que en la m quina de estados anterior pero en este caso solo los errores distintos del 2 y del 3 provocar n una transici n a este estado En el estado System Start Up las tareas que se realizan son las mismas que en el dise o anterior exceptuando las transiciones entre estados Cada vez que se ejecuta la m quina de estados 100 us se comprueba si ha ocurrido alg n error o si el interruptor cambia a la posici n OFF Si el interruptor est en la posici n OFF o el error que ha ocurrido es distinto del 2 y del 3 se producir una transici n hacia el estado System Error Si ha ocurrido el error 2 o el error 3 la transici n que se r
160. t Flag so System Will Restart pvPanelMPPOverVoltageCnt 0 if faultState NO FAULT faultState PV_PANEL VOLTAGE else pvPanelMPPOverVoltageCnt 0 Check PV Panel Minimum Voltage Using Average Input Voltage if inputVoltageAverage lt PVPANEL UNDERVOLTAGE LIMIT amp amp pvPanelUnderVoltageFlag 0 pvUnderVoltageCounter if pvUnderVoltageCounter gt 10 if faultState NO FAULT faultState PV PANEL VOLTAGE pvPanelUnderVoltageFlag 1 pvUnderVoltageCounter 10 else if inputVoltageAverage gt PVPANEL UNDERVOLTAGE LIMIT HYS amp amp pvPanelUnderVoltageFlag 1 if faultState PV PANEL VOLTAGE faultState NO FAULT pvPanelUnderVoltageFlag 0 133 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Statemachine c else pvUnderVoltageCounter 0 Check Over Temperature Fault if measuredTemperature gt MAXTEMPERATURE amp amp overTemperatureFlag 0 tempFaultCnt if tempFaultCnt gt 100 tempFaultCnt 100 if faultState NO_FAULT faultState TEMPERATURE overTemperatureFlag 1 else if measuredTemperature lt MAXTEMPERATURE HYS amp amp overTemperatureFlag 1 overTemperatureFlag 0 if faultState TEMPERATURE faultState NO_FAULT else tempFaultCnt 0 Check 12V Drive Supply Voltage i
161. tQuadrantFlag 1 Allows Full Bridge to change State Load counter to Grid Period to check grid frequency inverterPeriod inverterPeriodCounter inverterPeriodCounter 0 Store accumulated voltage current sum and counter for avg avg calculated in T2ISR The average is calculated every 3rd ve zero cross event zeroCrossCount if zeroCrossCount 1 numberofSamples 0 inverterPeriod is only half cycle so add prevInverterPeriod numberofSamples numberofSamples inverterPeriod prevInverterPeriod if zeroCrossCount gt 3 zeroCrossCount 0 inputVoltageAverage _ builtin divsd long inputVoltageSum int numberofSamples inputCurrentAverage builtin divsd long inputCurrentSum int numberofSamples numberofSamples 0 inputVoltageSum 0 inputCurrentSum 0 avgInputDataReadyFlag 1 Detect the zero crossing at the 3rd Quadrant else if prevInverterOutputVoltage gt 0 amp amp inverterOutputVoltage lt 0 124 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Isr c As a precaution change state of Full Bridge if it hasn t already chaged fullBridgeState FULLBRIDGE INACTIVE 2ND QUADRANT ClrWdt zeroCrossDetectFlag 1 thirdQuadrantFlag 1 Allows Full Bridge to change State Load counter to Grid Period to check grid frequency inverterPeriod inverterPeriodCounter
162. tate NO_FAULT if systemState ISLANDSTARTUP 88 systemState ISLANDMODE faultState INVERTER VOLTAGE inverterUnderVoltageFlag 1 inverterUnderVoltageCounter 2 else DE peakInverterOutputVoltage gt INVERTER UNDERVOLTAGE LIMIT HYS amp amp inverterUnderVoltageFlag 1 if faultState INVERTER VOLTAGE faultState NO FAULT inverterUnderVoltageFlag 0 else inverterUnderVoltageCounter 0 Only Check Input Voltage Fault When New Data is Available if avgInputDataReadyFlag 1 Check PV Panel Voltage Using the Average Input Voltage if inputVoltageAverage PVPANEL OVERVOLTAGE LIMIT amp amp pvPanelOverVoltageFlag 0 132 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Statemachine c if faultState NO FAULT faultState PV PANEL VOLTAGE pvPanelOverVoltageFlag 1 else if inputVoltageAverage PVPANEL OVERVOLTAGE LIMIT HYS amp amp pvPanelOverVoltageFlag 1 if faultState PV PANEL VOLTAGE faultState NO FAULT pvPanelOverVoltageFlag 0 Check PV Panel Maximum Power Point Voltage Using the Average Input Voltage if inputVoltageAverage gt PVPANEL MPP LIMIT amp amp systemState DAYMODE systemState ISLANDMODE pvPanelMPPOverVoltageCnt Allow time for system to find MPP if pvPanelMPPOverVoltageCnt gt 1000 pvPanelOverVoltageFlag 1 Se
163. ts differently Allow system to try to restart only once if fault is still present then disable PWM module if criticalFaultFlag 1 amp amp criticalFaultRestartFlag 0 criticalFaultCounter After 2s remove the critical fault and allow system to try to restart if criticalFaultCounter gt CRITICALFAULTCOUNT 138 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL criticalFaultRestartFlag 1 As the fault for flyback over current is latched the PWM needs to exit the latched fault mode in order to restart if faultState FLYBACK OVERCURRENT FCLCON1bits FLTMOD FCLCON2bits FLTMOD FCLCON1bits FLTMOD FCLCON2bits FLTMOD Disable Fault Mode Disable Fault Mode Latched Fault Mode Latched Fault Mode Il Ooouwuw faultState NO_FAULT criticalFaultCounter 0 else if switchState SWITCHOFF Reset Period Limits if switch is off This is only required for testing 50 60 Hz operation without having to cycle power inverterPeriodMin INVERTERPERIOD60HZMIN inverterPeriodMax INVERTERPERIOD50HZMAX T3CONbits TON 0 LED DRV1 OFF break NUEVOS ESTADOS PARA EL MODO ISLA case ISLANDSTARTUP ClrWdt In this mode we need to clear WDT inverterPeriodMin INVERTERPERIOD50HZMIN inverterPeriodMax INVERTERPERIOD50HZMAX inverterPeriod inverterPeriodMintinverterPe
164. uatro tipos de agentes que est jerarquizado v ase la figura 5 basando en m todos heur sticos de optimizaci n Hay un agente switch agent encargado de determinar si la microrred se conecta a la red de distribuci n o no Un segundo agente Central coordinator agent se encarga de decidir la energ a que se aporta a cada uno de los agentes locales y al agente de la carga Los agentes locales local agent son tres uno para la temperatura otro para la iluminaci n y otro para la calidad del aire Estos agentes controlan las cargas que influyen directamente en el aspecto que regulan para maximizar la comodidad con la energ a que les ha aportado el agente que coordina la microrred El agente de la carga controla el resto de las cargas Como conclusi n se aprecia que el sistema funciona correctamente cumpliendo los objetivos al coordinar los distintos agentes En 11 se menciona que las redes de sensores inal mbricas est n volvi ndose m s importantes sobre todo a la hora de las comunicaciones en tiempo real usadas en las redes inteligentes El problema reside en que los sistemas de control no son implementados eficazmente en las casas Esto se debe a las limitaciones de su arquitectura y a las bater as de los sensores Se propone un sistema inteligente que se adapta autom ticamente ahorrando energ a mediante el control de cargas Esto se consigue pasando del sistema cl sico con una arquitectura centralizada hay un servidor que recib
165. uelve mediante CPLEX y se tiene en cuenta el precio de la electricidad a cada hora del d a Se hicieron dos escenarios uno con bater as y otro sin ellas como se esperaba el ahorro es mayor en el escenario que incluye el sistema de almacenamiento de energ a El coste total se ve reducido en un 6 5 respecto al sistema sin almacenamiento energ tico Tras varias pruebas num ricas se concluye que el problema de optimizaci n entero mixto planteado junto con el optimizador CPLEX son una soluci n efectiva al problema planteado En 10 se presenta uno de los problemas que se generan en las microrredes debido al compromiso entre la reducci n del consumo energ tico y la necesidad de mantener el nivel de comodidad de los usuarios En este an lisis se concentra en tres aspectos la temperatura el nivel de iluminaci n y la calidad del aire Power System Outdoor Information Customer Preference Temperature lt gt Illumination lt gt Air Qualit Controller l aci Controller m Controller Renewable agent agent agent ciendo enerators Batteries Load Agent Distributed Agent based Building Control System Storage Micro grid System Figura 4 Arquitectura del control y sistema de gestion de 10 40 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n Como soluci n al problema se presenta el dise o de un control con c
166. urces MM 1 Future 1 1 ITESO 1 Interfacing A a AC DC TU MI UA DC DC DC AC UI FC Stack Pressure Load Electrolyzer Actuator Q H Backup H Reservior Tanks Tanks Figure 1 Schematic of the microgrid from 1 In most cases energy production in this type of network is committed to a combination of different energy sources In general designs include solar energy sources wind energy sources and another different energy source Among the most commonly used options there are diesel generators fuel cells and cogeneration Currently most of this type of grids includes a storage system by batteries or by hydrogen tank The hydrogen stored in the tank can be transformed to electricity by fuel cells One possible problem in this kind of networks is the need of having some areas of the facility operating on AC voltage and other areas operating on DC voltage In general consumer loads require AC voltage whereas storage systems and certain generators like 16 solar panels need DC voltage In order to connect AC areas to DC areas there are needed different types of converters such as DC DC converters AC DC converters and DC AC converters Among all of them the DC AC converter plays a key role since 1t must be synchronized with the grid voltage to inject power in it The DC AC converter can be called inverter too Also when the microgrid works in isolated operation mode one of the DC AC converters will
167. utputCurrent 0 peakOutputPower O unsigned char peakOutputPowerArrayCnt 0 unsigned int peakOutputPowerArray 8 0 0 0 0 0 0 0 0 long unsigned int peakOutputPowerSum 0 unsigned char burstModeActiveFlag 0 unsigned int burstModeActiveCounter OF Zero Cross Variables unsigned char zeroCrossDetectFlag 0 zeroCrossCount 0 firstQuadrantFlag 0 unsigned char thirdQuadrantFlag 0 avgInputDataReadyFlag 0 unsigned char zcCounter 0 startupZeroCrossCounter 0 unsigned char hardwareZeroCrossCounter 0 prevFullBridgeState 0 unsigned int inverterPeriod 0 inverterPeriodCounter 0 previInverterPeriod 0 numberofSamples 0 MPPT Variables unsigned int mpptFactorMaximum 0 mpptDeratingFactor 0 116 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Isr c long unsigned int inputCurrentSum 0 inputVoltageSum 0 Externally Defined Variables extern unsigned char switchState systemState faultState zeroCrossDelay extern unsigned char inverterFrequencyState criticalFaultRestartFlag startFullBridgeFlag extern unsigned char zeroCrossDelayNom zeroCrossDelayMin zeroCrossDelayMax extern unsigned int mpptFactor inputVoltageAverage inputCurrentAverage extern unsigned int inverterPeriodMin inverterPeriodMax inverterOutputOverCurrent extern int deltaDutyCycle acCurrentOffset Nariable Declaration for DMCI Debugging
168. v ase la Figura 9 Cuando la microrred est conectada a la red el inversor principal funciona como cualquier otro intercambiando potencia pero cuando la microrred funciona en modo isla es el encargado de controlar la tensi n y la frecuencia de la microrred El objetivo en modo isla es que la microrred funcione el mayor tiempo posible y en cambio el objetivo cuando est conectada a la red es mejorar la eficiencia econ mica Las rdenes que se deben transmitir por parte del sistema para controlar la microrred son 4 bytes mientras que los datos que se deben recibir son 20 bytes Se pens en utilizar un m dulo de comunicaciones eCAN pero no tiene suficiente ancho de banda para enviar los datos Otro posible m todo de comunicaci n es el protocolo Modbus que posee suficiente ancho de banda el problema reside en que es un sistema m s lento Por ello se decidi desarrollar una plataforma de comunicaci n m ltiple usando el eCAN para enviar las rdenes y el Modbus para recibir los datos del estado de 48 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A ICAT INGENIERO INDUSTRIAL Introducci n la microrred Por ltimo se comprob que la plataforma de comunicaciones funcionaba correctamente Wind Power Figura 9 Esquema de la microrred de 20 En 21 se elabora un desarrollo te rico de las partes de una red dom stica Se se ala que las redes dom sticas se componen de redes de comunic
169. werSum peakOutputPowerSumtpeakOutputPower peakOutputPowerArray peakOutputPowerArrayCnt averagePeakOutputPower peakOutputPowerSum gt gt 3 peak0utputPowerArray peak0utputPowerArrayCnt peakOutputPower if peakOutputPowerArrayCnt gt 8 peakOutputPowerArrayCnt 0 Burst Mode Detection Output Power lt 15 Max Rated Power if averagePeakOutputPower lt BURSTMODETHRESHOLDLOW burstModeActiveFlag 0 burstModeActiveCounter if burstModeActiveCounter gt BURSTMODECOUNT burstModeActiveFlag 1 burstModeActiveCounter 0 mpptFactor mpptFactor mpptFactor lt lt 1 else if burstModeActiveFlag 1 amp amp averagePeakOutputPower gt BURSTMODETHRESHOLDHIGH mpptFactor mpptFactor gt gt 1 burstModeActiveFlag 0 else burstModeActiveCounter 0 Reset Variables every Zero Cross sineAngle 0 globalAngle 0 ninetyDegreeDetectFlag 0 This portion of SW determines the current reference from the sine lookup table based on deltaAngle which is calculated every Zero Cross sineAngle is used to point to specific location in sine lookup table if ninetyDegreeDetectFlag 0 if sineAngle is less than 90 degrees then add deltaAngle to point to next sample if sineAngle lt NINETYDEGREE currentReferenceDynamic sineTable512 sineAngle gt gt 5 sineAngle sineAngle deltaAngle else sineAngle NINETYDEGREE ninetyDegr

integrción de energías renovables y sistemas de almacenamiento

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