Diseño y validación experimental de un sistema de almacenamiento de energía híbrido de batería/supercapacitor basado en un controlador LQG adaptativo
Autores: Montenegro-Oviedo, Jhoan Alejandro; Ramos-Paja, Carlos Andres; Orozco-Gutierrez, Martha Lucia; Franco-Mejía, Edinson; Serna-Garcés, Sergio Ignacio
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Diseño y validación experimental de un sistema de almacenamiento de energía híbrido de batería/supercapacitor basado en un controlador LQG adaptativo
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Sistemas de almacenamiento de energía híbridos
Baterías
Supercondensadores
Eficiencia
Estabilidad de la red
Estrategia de control
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
Los sistemas híbridos de almacenamiento de energía (HESSs) son esenciales para adoptar fuentes de energía sostenibles. Los HESSs combinan tecnologías de almacenamiento complementarias, como baterías y supercondensadores, para optimizar la eficiencia, la estabilidad de la red y la gestión de la demanda. Este trabajo propone un HESS semiaactivo formado por una batería conectada al bus DC y un supercondensador gestionado por un convertidor Sepic/Zeta, que tiene como objetivo evitar variaciones de alta frecuencia en la corriente de la batería en cualquier condición de operación. La estructura de control del convertidor está formada por un controlador LQG, un observador de estado óptimo y una estrategia adaptativa para garantizar el correcto funcionamiento del controlador en cualquier condición: aumento, disminución y ganancia unitaria. Este controlador LQG adaptativo consta de dos bucles de control, un bucle de corriente interno y un bucle de voltaje externo, que utilizan solo dos sensores. En comparación con los controladores clásicos PI y LQG, la solución LQG adaptativa muestra un mejor rendimiento en todos los modos de operación, hasta un 68% mejor que el controlador LQG y hasta un 84% mejor que el controlador PI. Por lo tanto, la estrategia de control propuesta para este HESS proporciona un seguimiento rápido de la corriente del bus DC, dirigiendo el componente de alta frecuencia al supercondensador y el componente de baja frecuencia a la batería. De esta manera, se evitan los cambios rápidos en la potencia de la batería, reduciendo la degradación. Finalmente, la adaptabilidad del sistema a cambios de hasta el 67% en el rango de operación se prueba experimentalmente, y se verifica la implementación del sistema de control utilizando hardware comercial.
Descripción
Los sistemas híbridos de almacenamiento de energía (HESSs) son esenciales para adoptar fuentes de energía sostenibles. Los HESSs combinan tecnologías de almacenamiento complementarias, como baterías y supercondensadores, para optimizar la eficiencia, la estabilidad de la red y la gestión de la demanda. Este trabajo propone un HESS semiaactivo formado por una batería conectada al bus DC y un supercondensador gestionado por un convertidor Sepic/Zeta, que tiene como objetivo evitar variaciones de alta frecuencia en la corriente de la batería en cualquier condición de operación. La estructura de control del convertidor está formada por un controlador LQG, un observador de estado óptimo y una estrategia adaptativa para garantizar el correcto funcionamiento del controlador en cualquier condición: aumento, disminución y ganancia unitaria. Este controlador LQG adaptativo consta de dos bucles de control, un bucle de corriente interno y un bucle de voltaje externo, que utilizan solo dos sensores. En comparación con los controladores clásicos PI y LQG, la solución LQG adaptativa muestra un mejor rendimiento en todos los modos de operación, hasta un 68% mejor que el controlador LQG y hasta un 84% mejor que el controlador PI. Por lo tanto, la estrategia de control propuesta para este HESS proporciona un seguimiento rápido de la corriente del bus DC, dirigiendo el componente de alta frecuencia al supercondensador y el componente de baja frecuencia a la batería. De esta manera, se evitan los cambios rápidos en la potencia de la batería, reduciendo la degradación. Finalmente, la adaptabilidad del sistema a cambios de hasta el 67% en el rango de operación se prueba experimentalmente, y se verifica la implementación del sistema de control utilizando hardware comercial.