PROYECTOS EN CURSO
Actualmente hay cuatro proyectos desarrollados por GAEI:
Carga ultrarrápida de vehículos eléctricos
El principal objetivo del proyecto es proponer soluciones a los problemas provocados por la falta de infraestructuras de carga rápida para vehículos eléctricos de batería.
En particular, el proyecto tiene como objetivo realizar un estudio de escenarios realistas para implementar estaciones de carga rápida que (i) puedan integrarse fácilmente en las redes de media tensión (MT) o baja tensión (BT), (ii) permitan la inclusión de almacenamiento de energía. (iii) permitirá la inserción de energías renovables y (iv) será capaz de abastecer simultáneamente a varios vehículos.
Complementariamente, a modo de prueba de concepto, implementaremos un demostrador a escala reducida de un cargador de baterías ultrarrápido que será alimentado por una microrred híbrida de tipo modular.
El estudio de diferentes escenarios para el diseño de una estación de carga rápida se realizará a escala real y el diseño se realizará con la tecnología existente, es decir, transformadores magnéticos de baja frecuencia y convertidores comerciales y cargadores rápidos. La multiplicidad de escenarios debería llevar a considerar la conexión de MT o BT, diferentes tipos de sistemas de almacenamiento de energía, así como la inserción de energía fotovoltaica y/o eólica.
En el diseño del demostrador se implementará una microrred de tipo modular, por lo que la adición de un número importante de microrredes similares a la del demostrador equivaldría a un cargador rápido comercial en términos de potencia y corriente. El factor de escala de la microrred estará relacionado con la cantidad de módulos necesarios para proporcionar la potencia y las características actuales de un cargador comercial. En el demostrador, la carga de la batería debería ser más rápida que la de un cargador comercial.
Amortiguación activa inteligente en microrredes y vehículos eléctricos
El objetivo principal del proyecto es estabilizar el sistema de distribución de energía en microrredes y vehículos eléctricos utilizando un nuevo enfoque activo basado en el concepto de resistencia libre de pérdidas (LFR) sin comprometer la eficiencia. El proyecto tiene como objetivo la implementación y el uso de LFR para el Sistema Inteligente de Amortiguación Activa (IADS) en microrredes y vehículos eléctricos en los que el LFR se puede conectar como etapa de potencia auxiliar. Los IADS basados en LFR se pueden sintetizar utilizando convertidores de potencia adecuados bajo control de modo deslizante (SMC). Se propondrán nuevas soluciones para la estabilización de los sistemas de distribución de energía mediante IADS. Específicamente, el diseño de IADS se abordará para estabilizar el tren de potencia de los vehículos eléctricos que funcionan en un régimen de potencia constante y las microrredes con convertidores de carga estrictamente regulados que actúan como CPL para los convertidores de fuente. Para lograr este objetivo, es necesario abordar algunos problemas abiertos; los más importantes se enumeran a continuación:
- Síntesis de relaciones de conversión bidireccionales de alto voltaje LFR.
- Determinación del punto de inserción del IADS.
- Adaptabilidad de la resistencia IADS según los diferentes valores de potencia procesada y por último pero no menos importante: mejora de la eficiencia y del rendimiento dinámico.
Prototipo modular para carga ultrarrápida de vehículos eléctricos
El objetivo de este proyecto es implementar un demostrador a pequeña escala para la carga ultrarrápida (UF) de la batería de un vehículo eléctrico utilizando una red alterna trifásica de BT como fuente primaria. La arquitectura eléctrica del demostrador estará compuesta por dos etapas de conversión en conexión en cascada, a saber, un rectificador trifásico aislado con corrección del factor de potencia y un convertidor de conmutación DC-DC modular unidireccional no aislado cargado por la batería del vehículo eléctrico. Si bien se utilizarán las soluciones existentes para el rectificador, la investigación se concentrará en el diseño e implementación de la segunda etapa porque constituye el cuello de botella de la carga de UF.
En primer lugar, se investigarán topologías convencionales para flujo de energía unidireccional en modos resonantes y de conmutación dura con respecto a su capacidad de asociación. Luego, se compararán con otras soluciones basadas en el paralelismo de elementos canónicos para el procesamiento de energía, como resistencias o giradores sin pérdidas. Se dará especial énfasis a la estrategia de control para asegurar tanto la asociación estable de los módulos para el montaje del cargador UF como un adecuado reparto de energía entre ellos. Posteriormente se introducirá una estrategia de control jerárquico para supervisar la interacción entre la batería y el convertidor, y se implementarán funciones de comunicación ad-hoc en los dispositivos digitales de la configuración hardware.
Los tableros de circuitos, elementos eléctricos y protecciones correspondientes al rectificador trifásico, el convertidor modular unidireccional más los controladores locales y de supervisión estarían integrados en una caja transportable que eventualmente podría conectarse a una red trifásica de CA de BT de 50 Hz con suficiente capacidad de potencia. para carga UF.
Plataforma universal de carga de baterías a bordo para vehículos eléctricos
El objetivo del proyecto es facilitar la integración de los vehículos eléctricos (VE) en un sistema de transporte más sostenible y respetuoso con el medio ambiente mediante la mejora del rendimiento (eficiencia) de los cargadores embarcados aislados de dos etapas de los vehículos eléctricos. Normalmente, los cargadores embarcados de dos etapas están compuestos por una etapa PFC (conversión AC/DC) conectada a la red y en cascada con una segunda etapa (convertidor DC/DC), que se encarga de gestionar el flujo de energía hacia la batería en modo de carga (red a vehículo, G2V) o desde éste en modo de descarga (vehículo a red, V2G). Este segundo convertidor también garantiza el aislamiento galvánico entre la batería y la primera etapa y, en última instancia, la red.
Las topologías de convertidor más utilizadas en la función de conversión CC-CC aislada son el convertidor LLC resonante y el convertidor de puente completo desfasado. Según la literatura, ambos convertidores ofrecen menos eficiencia energética cuando operan con grandes variaciones en sus relaciones de voltaje de entrada-salida, lo que resulta en frecuencias de conmutación alejadas de la frecuencia resonante y/o la pérdida de conmutación suave (ZVS). Pretendemos mejorar la eficiencia del sistema sustituyendo los convertidores elevadores de primera etapa utilizados para mantener un valor fijo de voltaje del enlace de CC y garantizar una buena corrección del factor de potencia (PFC). Estos convertidores serán reemplazados por convertidores elevadores/reductores que proporcionarán un voltaje de enlace de CC variable que podría ser menor que el voltaje máximo de la red. De esta manera, el convertidor CC/CC de segunda etapa operaría alrededor de su punto de trabajo más eficiente garantizando al mismo tiempo un buen PFC.
Se realizará un estudio de las estructuras elevadoras/bajadoras y sus prestaciones como rectificadores PFC para seleccionar las más adecuadas a los niveles de potencia considerados (3,6 kW y 11 kW). Además, se deben diseñar los lazos de control digital necesarios que permitirán que el sistema opere como PFC, regulando al mismo tiempo su voltaje de salida para rastrear una referencia variable. Esto implica obtener un buen modelo dinámico del sistema.
Para evaluar la eficiencia global del sistema de dos etapas, también se debe diseñar el convertidor CC/CC aislado de la segunda etapa y sus respectivos lazos de control. El objetivo final es obtener un cargador de a bordo bidireccional de dos etapas y 11 kW para vehículos eléctricos.
Metodologías de diseño orientadas al control para ampliar el margen de estabilidad de microrredes híbridas en diferentes escalas de tiempo
Las microrredes híbridas que utilizan varias formas de portadores de energía, múltiples sistemas de almacenamiento de energía (ESS), generación distribuida local (DG) y múltiples cargas exigentes forman un sistema complicado que debe modelarse y controlarse con precisión. Una diferencia fundamental entre las redes eléctricas tradicionales y las microrredes actuales es la generación, almacenamiento y consumo local de energía que nos obliga a utilizar múltiples circuitos electrónicos de potencia (por ejemplo, convertidores, inversores) necesarios para conectar las fuentes locales a la CC y bus de CA o red dentro de la red. Debido a la introducción de circuitos electrónicos de potencia que operan a alta frecuencia de conmutación (por ejemplo, 20-100 kHz), el modelado, diseño y análisis del sistema general es diferente al modelado del sistema de energía tradicional. Tradicionalmente, estos circuitos de conmutación de electrónica de potencia se modelan utilizando modelos promediados simples que son fáciles de usar pero que ignoran por completo la acción de conmutación. Si bien para casos simples esto puede ser adecuado, para aplicaciones de microrredes el efecto de los eventos de conmutación de alta frecuencia puede desempeñar un papel importante, especialmente cuando se utilizan convertidores más complicados, multinivel, entrelazados y tolerantes a fallas. En este proyecto, se utilizará un método novedoso para modelar adecuadamente estas nuevas y complicadas topologías de convertidores que emplean estrategias de control de última generación y luego se propondrá un enfoque de control de supervisión que aumente en gran medida la estabilidad y confiabilidad de la red. El método propuesto es generalizado en el sentido de que puede manejar la adición y eliminación de fuentes y cargas al sistema general. Además, el método es sistemático y preciso porque se basa en un modelo no lineal conmutado. Por lo tanto, el propósito de este proyecto es desarrollar metodologías de diseño generalizadas orientadas al control para el modelado, análisis de estabilidad y control de microrredes híbridas donde se utilizan circuitos electrónicos de potencia para una gestión óptima y eficiente de la energía. El método analítico propuesto se probará en el sistema general tanto en el dominio del tiempo como en el dominio de la frecuencia. Con base en el método generalizado, se realizará el diseño de controladores supervisores de la microrred, para controlar la potencia real y reactiva de circuitos electrónicos de potencia interconectados con GD. Los parámetros del controlador se seleccionarán en función de análisis de estabilidad dinámica y de pequeña señal para regular el voltaje y la frecuencia del sistema. Garantizará la estabilidad durante el funcionamiento en estado estable y la transición de un modo de funcionamiento a otro. El método de control propuesto será validado experimentalmente en un prototipo a pequeña escala en el laboratorio.