Modelación de Generador Fotovoltaico y Banco de Baterías de Plomo Ácido como Elementos de una Microrred

Abstract

Nuevas formas de generación basadas en recursos energéticos distribuidos asociados a cargas locales se han estado desarrollando. Sin embargo, su masificación puede tener un alto impacto en el control del flujo de potencias y frecuencia del sistema. Por lo tanto, se requiere de una arquitectura de control y gestión que permita la inclusión de los generadores distribuidos y el manejo de las potencias activas en el sistema. Una forma de aprovechar el potencial emergente de los generadores distribuidos es tomar un enfoque sistémico que considera a la generación y las cargas como un sub-sistema: una microrred.

En este marco y con el objetivo de crear un innovador sistema de coordinación que permita aprovechar en forma económica los abundantes recursos energéticos en Chile, el Centro de Energía de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, ha desarrollado una microrred aislada en el poblado de Huatacondo.

En esta memoria de título se desarrolla la modelación de dos de las unidades que conforman la microrred aislada instalada de Huatacondo y que son elementos usuales de las microrredes: la unidad de generación fotovoltaica y la unidad banco de baterías de plomo ácido. El propósito es generar un aporte futuro para el desarrollo de un simulador integrado de una microrred. Además, debido a las necesidades del proyecto del Centro de Energía, se propone un estimador del estado de carga de las baterías de plomo ácido basado en el modelo no lineal de Copetti y en la metodología de estimación de estados usando filtro de Kalman extendido.

El primer tema abordado es la estimación de los parámetros de 3 modelos de baterías: Thevenin, Randeles y Copetti. En el último caso se propone una metodología para que la relación entre el voltaje de circuito abierto y el estado de carga sea igual a la determinada por el fabricante.

El segundo tema abordado es la estimación de los parámetros de un modelo de celda fotovoltaica que incluya el efecto de la temperatura, la dinámica del sol y la orientación de la montura.

Por último, se implementa un estimador del estado de carga de las baterías usando el modelo de Copetti adaptado a un filtro de Kalman extendido. Se obtienen resultados auspiciosos con respecto a las ventajas potenciales que podría tener un estimador de estas características.

Como trabajo futuro se propone el desarrollo de un simulador de una microrred que incorpore los modelos desarrollados en esta memoria. El objetivo del simulador es ser una herramienta para: la planificación de futuras plantas, el diseño de estrategias de control a nivel supervisor, el desarrollo de un administrador de contingencias, el análisis de la respuesta transitoria del sistema y la estimación de estados del sistema.