PROJECTES EN CURS
Actualment, GAEI desenvolupa quatre projectes:
Càrrega ultraràpida de vehicles elèctrics
L'objectiu principal del projecte és proposar solucions als problemes provocats per l'absència d'infraestructura de càrrega ràpida per a vehicles elèctrics de bateria.
En concret, el projecte pretén realitzar un estudi d'escenaris realistes per implementar estacions de recàrrega ràpida que (i) es puguin integrar fàcilment a les xarxes de mitjana tensió (MT) o baixa tensió (BT), (ii) permetin la inclusió d'emmagatzematge d'energia. (iii) permetrà la inserció d'energies renovables i (iv) serà capaç de subministrar simultàniament diversos vehicles.
Complementàriament, com a prova de concepte, implementarem un demostrador a escala reduïda d'un carregador de bateries ultraràpid que serà subministrat per una microxarxa híbrida de tipus modular.
L'estudi de diferents escenaris per al disseny d'una estació de càrrega ràpida es realitzarà a escala real i el disseny es realitzarà amb la tecnologia existent, és a dir, transformadors magnètics de baixa freqüència i convertidors comercials i carregadors ràpids. La multiplicitat d'escenaris hauria de portar a considerar la connexió de MT o BT, diferents tipus de sistemes d'emmagatzematge d'energia així com la inserció d'energia fotovoltaica i/o eòlica.
En el disseny del demostrador, s'implementarà una microxarxa de tipus modular, de manera que l'addició d'un nombre important de microxarxes similars com la del demostrador equivaldria a un carregador ràpid comercial en termes de potència i corrent. El factor d'escala de la microxarxa estarà relacionat amb el nombre de mòduls necessaris per proporcionar la potència i les característiques actuals d'un carregador comercial. En el demostrador, la càrrega de la bateria hauria de ser més ràpida que la d'un carregador comercial.
Amortiment actiu intel·ligent en microxarxes i vehicles elèctrics
L'objectiu principal del projecte és estabilitzar el sistema de distribució d'energia en microxarxes i vehicles elèctrics elèctrics mitjançant un nou enfocament actiu basat en el concepte de resistència lliure de pèrdues (LFR) sense comprometre l'eficiència. El projecte té com a objectiu la implementació i l'ús de LFR per a un sistema d'amortiment actiu intel·ligent (IADS) en microxarxes i vehicles elèctrics en els quals es pot connectar l'LFR com a etapa de potència auxiliar. Els IADS basats en LFR es poden sintetitzar utilitzant convertidors de potència adequats sota control de mode lliscant (SMC). Es proposaran noves solucions per a l'estabilització de sistemes de distribució d'energia mitjançant IADS. Concretament, s'abordarà el disseny dels IADS per estabilitzar el tren de potència dels vehicles elèctrics que operen en règim de potència constant i microxarxes amb convertidors de càrrega estretament regulats que actuen com a CPL per als convertidors de font. Per aconseguir aquest objectiu, cal abordar alguns problemes oberts; els més importants s'enumeren a continuació:
- Síntesi de relacions de conversió bidireccionals d'alta tensió LFRs.
- Determinació del punt d'inserció de l'IADS
- Adaptabilitat de la resistència IADS segons els diferents valors de potència processada i, per últim, però no menys important, millora de l'eficiència i el rendiment dinàmic.
Prototip modular per a la càrrega ultraràpida de vehicles elèctrics
L'objectiu d'aquest projecte és implementar un demostrador a petita escala per a la càrrega ultraràpida (UF) de la bateria d'un vehicle elèctric utilitzant una xarxa de corrent altern trifàsica de BT com a font primària. L'arquitectura elèctrica del demostrador estarà formada per dues etapes de conversió en connexió en cascada, és a dir, un rectificador trifàsic aïllat amb correcció del factor de potència i un convertidor de commutació DC-DC no aïllat i modular unidireccional carregat per la bateria del vehicle elèctric. Si bé s'utilitzaran les solucions existents per al rectificador, la recerca es concentrarà en el disseny i la implementació de la segona etapa perquè constitueix el coll d'ampolla de la càrrega UF.
En primer lloc, s'investigaran les topologies convencionals per al flux de potència unidireccional en modes de commutació dura i de ressonància pel que fa a la seva capacitat d'associació. A continuació, es compararan amb altres solucions basades en el paral·lel d'elements canònics per al processament de potència, com ara resistències sense pèrdues o giradors. Es posarà especial èmfasi en l'estratègia de control per garantir tant l'associació estable dels mòduls per al muntatge del carregador UF com una adequada distribució de potència entre ells. Posteriorment s'introduirà una estratègia de control jeràrquica per supervisar la interacció entre la bateria i el convertidor, i s'implementaran funcions de comunicacions ad-hoc en els dispositius digitals de la configuració del maquinari.
Les plaques de circuits, els elements elèctrics i les proteccions corresponents al rectificador trifàsic, el convertidor modular unidireccional més els controladors locals i de supervisió estarien incrustats en una caixa transportable que eventualment es podria connectar a una xarxa de CA trifàsica LV de 50 Hz amb una capacitat de potència suficient. per a la càrrega UF.
Plataforma universal de càrrega de bateries a bord per a vehicles elèctrics
L'objectiu del projecte és facilitar la integració dels vehicles elèctrics (VE) d'una manera més sostenible i respectuosa amb el medi ambient del sistema de transport mitjançant la millora del rendiment (eficiència) del carregador a bord aïllat de dues etapes de vehicles elèctrics. Normalment, els carregadors a bord de dues etapes estan formats per una etapa PFC (conversió AC/DC) connectada a la xarxa i connectada en cascada amb una segona etapa (convertidor DC/DC), que s'encarrega de gestionar el flux d'energia cap a la bateria en mode de càrrega (de xarxa a vehicle, G2V) o des d'aquest en mode de descàrrega (vehicle to grid, V2G). Aquest segon convertidor també garanteix l'aïllament galvànic entre la bateria i la primera etapa i, en definitiva, la xarxa.
Les topologies de convertidors més utilitzades en la funció de conversió DC-DC aïllada són el convertidor LLC ressonant i el convertidor de pont complet desplaçat de fase. Segons la literatura, ambdós convertidors ofereixen menys eficiència energètica quan operen amb grans variacions en les seves relacions de tensió d'entrada-sortida, que donen lloc a freqüències de commutació lluny de la freqüència de ressonància i/o pèrdua de commutació suau (ZVS). Pretenem millorar l'eficiència del sistema substituint els convertidors augmentadors de la primera etapa que s'utilitzen per mantenir un valor fix de tensió d'enllaç dc i per garantir una bona correcció del factor de potència (PFC). Aquests convertidors seran substituïts per convertidors de pujada/baixa que proporcionin una tensió d'enllaç de CC variable que podria ser més petita que la tensió màxima de la xarxa. D'aquesta manera, el convertidor DC/DC de la segona etapa funcionaria al voltant del seu punt de treball més eficient i garantia un bon PFC.
Es realitzarà un estudi de les estructures de pujada/descens i les seves prestacions com a rectificadors PFC per tal de seleccionar els més adequats per als nivells de potència considerats (3,6 kW i 11 kW). Així mateix, s'han de dissenyar els llaços de control digital necessaris que permetran que el sistema funcioni com a PFC, regulant alhora la seva tensió de sortida per seguir una referència variable. Això implica obtenir un bon model dinàmic del sistema.
Per avaluar l'eficiència global del sistema de dues etapes, també s'ha de dissenyar el convertidor DC/DC aïllat de la segona etapa i els seus respectius bucles de control. L'objectiu final és obtenir un carregador a bord bidireccional d'11 kW de dues etapes per a vehicles elèctrics.
Metodologies de disseny orientades al control per ampliar el marge d'estabilitat de microxarxes híbrides a diferents escales de temps
Les microxarxes híbrides que utilitzen diverses formes de portadors d'energia, múltiples sistemes d'emmagatzematge d'energia (ESS), generació distribuïda local (DG) i múltiples càrregues exigents formen un sistema complicat que s'ha de modelar i controlar amb precisió. Una diferència fonamental entre les xarxes d'energia tradicionals i les microxarxes actuals és la generació local, l'emmagatzematge i el consum d'energia que ens obliga a utilitzar múltiples circuits electrònics de potència (per exemple, convertidors, inversors) necessaris per connectar les fonts locals a la CC i bus de CA o xarxa dins de la xarxa. A causa de la introducció de circuits electrònics de potència que operen a una freqüència de commutació alta (per exemple, 20-100 kHz), el modelatge, el disseny i l'anàlisi del sistema global són diferents del modelatge del sistema d'alimentació tradicional. Tradicionalment, aquests circuits de commutació electrònica de potència es modelen mitjançant models simples de mitjana que són fàcils d'utilitzar, però ignoren completament l'acció de commutació. Tot i que per a casos senzills això pot ser adequat, per a aplicacions de microxarxa l'efecte dels esdeveniments de commutació d'alta freqüència pot tenir un paper important, especialment quan s'utilitzen convertidors més complicats, multinivells, entrellaçats i tolerants a fallades. En aquest projecte, s'utilitzarà un mètode nou per tal de modelar correctament aquestes noves topologies complicades de convertidors que utilitzen estratègies de control d'última generació i, a continuació, es proposarà un enfocament de control de supervisió que augmenti molt l'estabilitat i la fiabilitat de la xarxa. El mètode proposat es generalitza en el sentit que pot gestionar l'addició i eliminació de fonts i càrregues al sistema global. A més, el mètode és sistemàtic i precís perquè es basa en un model no lineal commutat. Per tant, l'objectiu d'aquest projecte és desenvolupar metodologies de disseny generalitzades orientades al control per a la modelització, l'anàlisi d'estabilitat i el control de microxarxes híbrides on s'utilitzen circuits electrònics de potència per a una gestió òptima i eficient de l'energia. El mètode analític proposat es provarà en el sistema global tant en el domini del temps com en el domini de la freqüència. Basant-se en el mètode generalitzat, es realitzarà el disseny de controladors de supervisió per a la microxarxa, per controlar la potència real i reactiva dels circuits electrònics de potència interfícies DGs. Els paràmetres del controlador es seleccionaran a partir d'anàlisis d'estabilitat dinàmica i de senyal petit per regular la tensió i la freqüència del sistema. Assegurarà l'estabilitat durant el funcionament en estat estacionari i la transició d'un mode de funcionament a un altre. El mètode de control proposat es validarà experimentalment en un prototip a petita escala al laboratori.