Control de un sistema fotovoltaico-convertidor de puente activo doble resonante serie en condiciones de sombreado parcial usando el método de optimización por enjambre de partículas

Abstract

El presente trabajo de tesis, presenta el análisis de diferentes técnicas del algoritmo de búsqueda del punto de maxima de potencia (Maximum Power Point Tracker – MPPT) en sistemas de paneles fotovoltaicos en condiciones de sombreado parcial. A diferencia de los estudios actuales realizados en esta temática, este estudio se centra en una estructura de electrónica de potencia altamente eficiente como es el Convertidor de Doble Puente Activo Resonante Serie (Dual Active Bridge Serie Resonant - DAB-SR) y los bloques de control para transferir la máxima potencia a este convertidor. Por ello, el aporte científico de este estudio es la implementación de diferentes estrategias MPPT ante condiciones de sombreado parcial, pero en una estructura DAB-SR. El estudio abarca el diseño del convertidor, la implementación de técnicas de control en lazo cerrado y el análisis de la eficiencia en la transferencia de potencia ante condiciones de sombrado y no sombrado parcial. Los bloques de control tales como el seguimiento del punto de máxima potencia del arreglo de paneles fotovoltaicos y la modulación de los puentes activos son implementados en el Block C de PSIM®. El controlador de la tensión del panel fotovoltaico para MPPT es diseñado en función de los parámetros de las características del panel PV utilizando el software MATLAB®. La validación del funcionamiento de los algoritmos MPPT en el convertidor DABSR fue realizado en el software de simulación PSIM®. En la primera etapa de este estudio, el sistema fotovoltaico fue dimensionado y simulado para condiciones de irradiancia uniforme para una potencia de 500W. El algoritmo implementado en el convertidor DAB-SR para el MPPT en estas condiciones fue el Perturbar y Observar. En una segunda etapa, diferentes algoritmos de búsqueda del punto de máxima potencia para condiciones de sombreado parcial fueron analizados. La evaluación y clasificación de dichos algoritmos fue realizado con el método multicriterio basado en la entropía de Shannon. Dicha evaluación obtuvo como resultado preliminar que la MPPT basado en el algoritmo de enjambre de partículas, permite obtener mejores performances. En efecto, en condiciones de sombreado parcial aparecen varios picos de potencia, es decir, aparecen muchas potencias máximas locales. Por ello, para encontrar la máxima potencia global, se requiere un algoritmo que busque dicho punto utilizando inteligencia artificial como es el caso del algoritmo de Optimización por Enjambre de Partículas. Con este resultado preliminar, tomando en cuenta condiciones de irradiancia no uniformes debido a un sombreado parcial en la superficie del arreglo de paneles fotovoltaicos, el sistema fotovoltaico de 500W fue evaluado en el DAB-SR utilizando el algoritmo de Optimización por Enjambre de Partículas. Finalmente, para validar las performances del algoritmo de enjambre de partículas en el DAB-SR ante condiciones de sombreado parcial, los resultados obtenidos fueron comparados con el algoritmo MPPT modificado. Los resultados validan la hipótesis del trabajo, que el algoritmo MPPT por Optimización del Enjambre de Partículas implementado en un DAB-SR ofrece mejores performances ante condiciones de sombreado parcial.