Sviluppo di un simulatore di campo fotovoltaico per sistemi connessi alla rete

LaureandoLuca Scudiero

RelatoreProf. Ing. Simone Castellan

CorrelatoriProf. Ing. Alessandro Massi PavanDott. Ing. Stefano Cleva

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI TRIESTEDipartimento di Elettrotecnica, Elettronica e Informatica

Laurea triennale in Ingegneria Elettronica curr. applicata

Anno accademico 2008/2009

CAMPO FOTOVOLTAICO

COS’E’ UN SIMULATORE DI CAMPO?

Sistema di condizionamento della potenza

f(irraggiamento) f(temperatura)

STADIO DI POTENZATensione continua non regolata

Tensione continua regolata

Vn=1000VPn=20kW

DEFINIZIONE ELEMENTI COSTITUTIVI

STADIO DI POTENZA

Convertitore CC-CC abbassatore (Bùck)

CONTROLLO

Inverter FV

MPPT

Caratteristica V-I

Tensione imposta

Riferimento corrente Tensione

misurata

Alimentazione

Riferimento tensione

CONVERTITORE CC-CC ABBASSATORE (Bùck)

tON S chiuso;tOFF S aperto; Ts=tON+tOFF

ncDVdcVdc ,

Tc

tD ON

DIMENSIONAMENTO COMPONENTI BùCK

;408

1

;30,

%_2

FVdcLfc

DC

mHIo

DTcVdcncVdcL

amm

Massimo ripple di tensione

ammissibile

Massimo ripple di corrente

ammissibile

SIMULAZIONI BùCK (I)

)()(

)()(1)(

)()(1)(

tVtVo

titiCdt

tdV

tVoRtiDVLdt

tdi

C

OUTLC

LLGL

Equazioni caratteristiche del circuito:

Resistenza parassita del condensatore

(trascurata)

Resistenza di perdita dell’induttanza

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.

mHL 10 mFC 10

VALORI FINALI:

ANALISI DEL SISTEMA (I)

V

I

PI+

-ΔImis

VinLRsL

1-+ΔIrefΔV

),( IrrTf

Ingresso considerato come un disturbo

ANALISI DEL SISTEMA (II)

L

IN

RsL

VsG

)(

Funzione di trasferimento semplificata e valida solo se:

Introduce un polo di pulsazioneTc

2

10PWM

sist

fBW

Sistema PWM Condensatore del filtro di uscita

Variazioni lente della tensione di

uscita

PROGETTO REGOLATORE PI(SISOTOOL) (I)

Architettura del sistema

Importazione dei dati

Inserimento funzioni di trasferimento

PROGETTO REGOLATORE PI(SISOTOOL) (II)

s

sKiKp

KisC

1

)(

ms

Kp

s

ssC

7

70;

107

107170)(

3

3

VALORI FINALI:

Regolando la posizione dello zero ed il guadagno Ki si potranno variare le

diverse dinamiche del sistema regolato

PROGETTO REGOLATORE PI(Risposta al gradino)

tr≈0.4msBW ≈ 1kHz

PROGETTO REGOLATORE PI(Risposta al disturbo)

Ampiezza azzerata

Ampiezza fortemente attenuata!

INVERTER FOTOVOLTAICO (I)

SISTEMA MPPT

Controllo inverter

INVERTER FOTOVOLTAICO (II)

c

b

a

i

i

i

i

i

)2sin(

)2cos(

)sin(

)cos(

0

1

3

2

α

β

a

bc

TRASFORMATA DI CLARKE

22

22

vv

pvii

vv

pvii

p

p

2 anelli di corrente

1 anello di tensione

ivivp

ANELLO DI CONTROLLO DI CORRENTE

s

ssPI i 3

3

101

101120)(

sLf

sVsVsIf SDC )()()(

101)( PWM

PIiPWM

fBWsG

ANELLO DI CONTROLLO DI TENSIONE

2/

)()()(2

sC

sPisPusVdc

101)( PIi

PIvPIi

BWBWsG

s

ssPIv 02.0

02.013)(

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

• Simulatore di campi fotovoltaici per potenze fino ai 20kW;

• Progetto simulato: manca la realizzazione pratica;

• Hardware semplice;

• Le simulazioni corrispondono con i risultati attesi;

MA

(Prevista in futuro presso l’Università degli Studi di Trieste)

GRAZIE PER L’ATTENZIONE