Control inteligente computacional y adaptativo para fuentes de energía distribuidas y microrredes

Resumen

Los sistemas modernos de distribución de energía eléctrica se ven desafiados por el aumento de la electrificación de las cargas domésticas e industriales y la creciente penetración de fuentes de energía renovable (eólica, solar, pila de combustible, centrales hidroeléctricas) y transporte (vehículos eléctricos). La naturaleza intermitente de la demanda de energía y las fuentes de energía renovable hacen que el sistema de distribución energía sea complejo. En esta tesis se pretenden desarrollar sistemas de control robustos, adaptables y basados en inteligencia artificial para el control en tiempo real de fuentes de energía renovable (paneles solares fotovoltaicos, aerogeneradores y pilas de combustible) y microrredes. Se desarrolla un nuevo método de seguimiento del punto de máxima potencia de paneles solares fotovoltaicos basado en control neuro difuso adaptativo con funciones B-spline. Con el método propuesto, el rendimiento de los paneles solares fotovoltaicos mejora significativamente en términos de eficiencia de conversión y respuesta dinámica. La eficiencia de conversión de los paneles solares fotovoltaicos aumenta alrededor de un 13.39%. Asimismo, se propone un nuevo método de seguimiento del punto de máxima potencia en aerogeneradores considerando el efecto de inercia delrotor. Controladores no lineales fueron diseñados para el control de un aerogenerador y un inversor conectado a la red, consiguiéndose un aumento de la eficiencia del aerogenerador del orden de un 10%. Otra contribución importante de esta tesis es el control de una pila de combustible de óxido sólido. En concreto, se ha desarrollado un control de wavelets adaptativo para el control de esta pila de combustible. El controlador propuesto proporciona un mejor rendimiento en términos de tensión de salida, flujo de combustible, eficiencia de conversión y respuesta dinámica en comparación con otros controladores existentes. Finalmente, se diseña un método de control supervisor y de gestión de energía para microrredes. El sistema de gestión de energía propuesto gestionaba el flujo de energía y la distribución de energía entre los componentes de la microrred para cumplir con los requisitos de carga durante 24 horas. En consecuencia, con las soluciones desarrolladas en esta tesis, se mejora elseguimiento del punto de máxima potencia y la respuesta de los paneles solares fotovoltaicos, las pilas de combustible y los aerogeneradores, y la eficiencia bajo las mismas condiciones de funcionamiento. El sistema de gestión de energía propuesto para microrredes consigue buenos resultados en términos de carga y descarga de almacenamiento de energía, distribución de energía y variaciones de carga. Las mejoras en la respuesta fueron demostradas mediante diversas simulaciones y experimentos.