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 40F ; 2 8Lfc 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 s C ( s) 70 ; 3 7 10 s 7ms 3 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 v p i ip 2 2 v v i i p v v a β c b 2 anelli di corrente 1 anello di tensione v p 2 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