Diseño de un convertidor bidireccional flyback para la interconexión de un módulo de capacitadores electroquímicos a un sistema móvil eólico-fotovoltáico [recurso electrónico] / José Manuel Sandoval Cancino

Tesis (Maestría en Ciencias en Energía Renovable) .-- Centro de Investigación Científica de Yucatán, 2015.

Actualmente, los efectos del calentamiento global han incrementado el número de desastres naturales, los cuales interrumpen el suministro de electricidad en las comunidades. Cuando la red eléctrica de las comunidades se deshabilita, es necesario suministrar la energía de manera autónoma. El presente trabajo, se basa en la implementación de un convertidor bidireccional integrado flyback (IBFBC) para la interconexión de un módulo de capacitores electroquímicos (MCE). El convertidor permite cargar el MCE a partir de una fuente de +24V cd, y una vez cargado, regular la salida de tensión del MCE a +24V cd. El convertidor recibirá las señales de carga/descarga desde una fuente de cd y podrá ser aplicado a un sistema híbrido móvil de energía renovable (SHER). Adicionalmente, se presenta la caracterización de un MCE de +48V de cd y 165F marca Maxwell Technologies® previa al diseño del convertidor. El MCE se caracterizó por medio de ciclos de carga/descarga, y se obtuvo que suministra una potencia de 150W, equivalentes al uso de equipos de telecomunicaciones o de refrigeración, por un periodo de una hora con 15 minutos. Posteriormente, se realizó una segunda caracterización esta vez aplicando una carga de 25W, considerada para el autoconsumo del gestor de energía del SHER, y se encontró que el módulo entregó la potencia requerida durante 7 horas con 40 minutos. Posteriormente, se diseñó un convertidor integrado bidireccional flyback considerando los siguientes parámetros: La tensión de entrada Ve de +24V suministrada por una fuente de poder de cd, la tensión de salida Vs igual a +48V cd correspondiente a la tensión máxima del MCE. Además, se utilizó un transformador de alta frecuencia con una relación de vueltas 1:1 y una inductancia de magnetización Lm de 2.6mH construido previamente. Finalmente, se propuso una frecuencia de conmutación de 20kHz basándose en las capacidades del circuito integrado controlador del Interruptor (CICI). Una vez que se construyó el prototipo del IBFBC, se realizó un algoritmo de control tanto para la operación de +24V a +48V como para la operación de +48V a +24V. Para cargar el MCE, se implementó un algoritmo el cual aplica un ciclo de trabajo inicial de 50 por ciento, y una vez que alcanza +15V en el MCE, éste aumenta el ciclo de trabajo en escalones de 3 por ciento cada 5V hasta el final de la carga. Para la operación de +48V a +24V, se linealizó el convertidor mediante promedio de espacio de estados para obtener su función de transferencia y posteriormente se convirtió de continua a discreta. En seguida, se obtuvo un compensador en lazo abierto para regular la salida del convertidor a +24V por medio de la herramienta Control systems tuning de MATLAB®. De los algoritmos, se obtuvo que el IBFBC carga el MCE de 0V a +48V cd en una hora con 15 minutos, y que éste permite descargar hasta un 30 por ciento de la tensión nominal del MCE. Durante la parte experimental, se determinó la necesidad de la implementación de un circuito snubber RCD (resistencia, capacitor, diodo) para amortiguar los picos de tensión presentes en los interruptores conmutados.