Diseño y simulación de inversor monofásico en puente completo modulado mediante PWM para un sistema fotovoltaico

Abstract

El objetivo principal de este proyecto es el desarrollo de un inversor de corriente y tensión para un sistema de placas fotovoltaicas, con sus correspondientes sub-sistemas. Un inversor es un dispositivo de potencia que convierte la corriente continua en corriente alterna, esta conversión es necesaria para poder inyectar la corriente producida por un sistema de placas solares, en la red eléctrica. Dichas células fotovoltaicas producen una señal eléctrica formada por una única componente continua, pero sin embargo las redes de transporte de energía eléctrica funcionan mediante corriente alterna. Esto es debido en gran medida a que las ondas eléctricas sinusoidales, son muy fácilmente convertibles mediante elementos transformadores, relativamente simples y sencillos de fabricar, por medio de núcleos ferromagnéticos y arrollamiento de bobinados. También es más eficiente el transporte de energía por medio de ondas, como se pude observar en la naturaleza, donde la eficiencia energética es fundamental. Esto representa una gran ventaja respecto a las señales continuas en el tiempo. El proyecto a desarrollar esta compuesto por diferentes sistemas. Los algoritmos a desarrollar son los siguientes: • Sistema generador de señal PWM para el control del puente inversor. • Algoritmo para el seguimiento del punto de máxima potencia (MMP). • Lector instantáneo de la frecuencia de red, para retrocontrolar la frecuencia de la onda inyectada a la misma. • Filtro LC. Para el desarrollo del sistema inversor se usara un inversor de puente completo con transistores bipolares de puerta aislada (IGBT´s), el control del puente será mediante modulación PWM. Es importante que la corriente sea inyectada a una frecuencia igual a la de la red. La frecuencia de red en Europa son 50 Hercios, pero esta frecuencia debido a las perturbaciones eléctricas, sufre una constante variación. Por esta razón se debe hacer una lectura, en tiempo real, de la frecuencia del sistema eléctrico al que se encuentre conectado el sistema fotovoltaico para así poder regular el inversor a dicha frecuencia. Para maximizar el rendimiento de un panel fotovoltaico es importante que este funcione alrededor del punto de máxima potencia. Este punto de funcionamiento de la placa se consigue para una tensión y voltaje específicos, que vendrán establecidos en función de las curvas V-I Y P-V de la placa. Este seguimiento del punto de máxima potencia se va a realizar mediante un algoritmo basado en el método de “Perturbación y Observación orientado”. Este método se basa en la observación de la potencia generada por el panel, para conseguir que esta potencia cedida sea máxima, a continuación se varía la tensión de referencia en un sentido u otro (aumentar la tensión de referencia o disminuirla), si se observa un crecimiento en la potencia generada se mantiene el sentido del incremento y si no se invierte. El diseño de todos los sistemas se realizará mediante el programa VisSim, y como hardware inicialmente se empleo el DSP TMS320LF2407, controlador de punto fijo de 16 bits. Pero el diseño original incluía multitud de variables que precisaban de un controlador de coma flotante, por lo que finalmente se ha remplazado la tarjeta original por esta DSP: TMDXEZ28335, que es un controlador en coma flotante, también de Texas Intruments pertenecientes ambos a la familia C2000.