UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRIESTE
Dipartimento di Elettrotecnica, Elettronica e Informatica
Laurea triennale in Ingegneria Elettronica curr. applicata
Sviluppo di un simulatore di campo
fotovoltaico per sistemi connessi alla rete
Laureando
Luca Scudiero
Relatore
Prof. Ing. Simone Castellan
Correlatori
Prof. Ing. Alessandro Massi Pavan
Dott. Ing. Stefano Cleva
Anno accademico 2008/2009
CAMPO FOTOVOLTAICO
COS’E’ UN SIMULATORE DI CAMPO?
Sistema di
condizionamento
della potenza
f(irraggiamento)
f(temperatura)
STADIO DI POTENZA
Tensione
continua non
regolata
Vn=1000V
Pn=20kW
Tensione
continua
regolata
DEFINIZIONE ELEMENTI COSTITUTIVI
STADIO DI POTENZA
Alimentazione
Convertitore CC-CC
abbassatore (Bùck)
Riferimento
corrente
CONTROLLO
Caratteristica V-I
Tensione
imposta
Tensione
misurata
Inverter
FV
MPPT
Riferimento
tensione
CONVERTITORE CC-CC ABBASSATORE
(Bùck)
tON
tOFF
S chiuso;
S aperto;
Ts=tON+tOFF
Vdc DVdc, nc
tON
D
Tc
DIMENSIONAMENTO COMPONENTI
BùCK
Vdc, nc Vdc DTc
L
30mH ;
Io
1 D
C
40 F ;
2
8 Lfc Vdc_ amm%
Massimo
ripple di
tensione
ammissibile
Massimo
ripple di
corrente
ammissibile
SIMULAZIONI BùCK (I)
Equazioni caratteristiche del circuito:
diL (t ) 1
dt L VG D iL (t ) RL Vo(t )
dVC (t ) 1
iL (t ) iOUT (t )
C
dt
Vo(t ) VC (t )
Resistenza di perdita
dell’induttanza
Resistenza parassita
del condensatore
(trascurata)
SIMULAZIONI BùCK (II)
Ambiente
Simulink
fc=10kHz
SIMULAZIONI BùCK (III)
Andamento della corrente di uscita del simulatore
SIMULAZIONI BùCK (IV)
Ripple della corrente di uscita del simulatore di campo fotovoltaico
CONSIDERAZIONI PRATICHE
Valori di induttanza proibitivi.
Accorgimenti possibili:
1)Aumentando il valore di
C.
2)Considerando l’intervento
di Cinv.
VALORI FINALI:
L 10mH
C 10mF
ANALISI DEL SISTEMA (I)
ΔV
I
ΔIref +
V
f (T , Irr )
PI
-
Vin
ΔImis
Ingresso considerato
come un disturbo
+
-
1
sL RL
ANALISI DEL SISTEMA (II)
VIN
G(s)
sL RL
Funzione di trasferimento semplificata e valida
solo se:
Sistema PWM
Introduce un polo di pulsazione
f PW M
BW sist
10
2
Tc
Condensatore del
filtro di uscita
Variazioni lente
della tensione di
uscita
PROGETTO REGOLATORE PI
(SISOTOOL) (I)
Inserimento
funzioni di
trasferimento
Architettura
del sistema
Importazione
dei dati
PROGETTO REGOLATORE PI
(SISOTOOL) (II)
Kp
1
s
Ki
C ( s) Ki
s
Regolando la posizione dello zero ed il
guadagno Ki si potranno variare le
diverse dinamiche del sistema regolato
VALORI FINALI:
Kp 70
1 7 10 3 s
C ( s) 70
;
3
7 10 s
7ms
PROGETTO REGOLATORE PI
(Risposta al gradino)
tr≈0.4ms
BW ≈ 1kHz
PROGETTO REGOLATORE PI
(Risposta al disturbo)
Ampiezza
fortemente
attenuata!
Ampiezza
azzerata
INVERTER FOTOVOLTAICO (I)
Controllo inverter
SISTEMA MPPT
INVERTER FOTOVOLTAICO (II)
TRASFORMATA DI CLARKE
ia
i
2 1 cos( ) cos( 2 )
ib
i
3 0 sin( ) sin( 2 )
ic
p v i v i
i ip
v p
2
2
v v
i i p
2
a
β
c
b
2 anelli di corrente
1 anello di tensione
v p
v v
α
2
ANELLO DI CONTROLLO DI CORRENTE
VDC ( s) VS ( s)
If ( s)
sLf
3
GPW M ( s) 1 BW PIi
f PW M
10
1 110 s
PI i ( s) 20
110 3 s
ANELLO DI CONTROLLO DI TENSIONE
Pu( s ) Pi( s)
Vdc ( s )
sC / 2
2
GPIi ( s ) 1 BW PIv
BW PIi
10
1 0.02s
PI v ( s ) 3
0.02s
SIMULAZIONI (I)
Andamento della corrente di uscita del simulatore di campo fotovoltaico.
SIMULAZIONI (II)
Ripple della corrente di uscita del simulatore di campo fotovoltaico.
SIMULAZIONI (III)
Andamento della tensione ai capi dello stadio di ingresso dell’inverter.
CONCLUSIONI
• Hardware semplice;
• Le simulazioni corrispondono con i risultati attesi;
MA
• Simulatore di campi fotovoltaici per potenze fino ai 20kW;
• Progetto simulato: manca la realizzazione pratica;
(Prevista in futuro presso l’Università degli Studi di Trieste)
GRAZIE PER
L’ATTENZIONE
