Control intra-cluster para M2C de bajo voltaje con almacenamiento parcial y tolerancia a fallas en las baterías
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Date
2022
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Abstract
Los sistemas de almacenamiento de energía conectados a la red poseen un rol fundamental en la integración de energías renovables variables a la matriz energética, debido a que pueden proveer servicios complementarios, tales como regulación de frecuencia y gestión de carga. En la actualidad, la integración sistemas de almacenamiento de segunda vida, que naturalmente poseen una probabilidad de falla mayor a las baterías nuevas, depende crucialmente de como una eventual falla puede impactar la capacidad del sistema de almacenamiento. Los sistemas de almacenamiento de energía comerciales se basan en gigantescos paquetes baterías que se conectan a la red a través de inversores, careciendo de modularidad y generando grandes barreras de entrada al uso de baterías de segunda
vida. Los Conversores Modulares Multinivel en Cascada con almacenamiento integrado surgen como una opción interesante a esta problemática. Esta tesis propone un conversor modular multinivel con almacenamiento parcialmente
embebido utilizando baterías de segunda vida. Además de un control adecuado y la conexión de clusters en paralelo para aplicaciones de bajo voltaje y alta corriente. Primero se presenta una revisión y un análisis profundo de las aplicaciones, topologías, distribución del almacenamiento, ventajas y desventajas. Este análisis concluyó que la mayoría de los M2C-BESS con almacenamiento parcial propuestos en la literatura son para aplicaciones de HVDC, por lo que no se han desarrollado controladores ni topologías adaptadas que usen una etapa de modulación que permita balancear los estados de carga de las baterías sin inyectar armónicos no determinísticos de voltaje a la red en aplicaciones de bajo voltaje. En base a la revisión y análisis realizado, esta tesis posee dos propuestas: 1) una nueva topología M2C-BESS, con paralelización de clusters para aplicaciones de alta corriente, 2) un nuevo controlador capaz de controlar la topología propuesta y el M2C-BESS con cualquiera de sus SMs operando con o sin unidad de almacenamiento conectado a su DClink, de modo que este se pueda usar en aplicaciones de alta potencia, bajo voltaje.
Finalmente, la propuesta 1) se valida mediante simulaciones al no contar con el hardware para su validación experimental, mientras que la propuesta 2) se implementa en un M2C-BESS experimental en el laboratorio, adaptado especialmente para probar las propuestas de esta tesis.
Description
Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2022
Keywords
Conversores modulares multinivel con almacenamiento integrado, Baterías, Baterías de segunda vida, Estación de carga vehículo eléctrico, Almacenamiento de energía modular, Control predictivo, Sorting híbrido