Control de estructura variable en sistemas híbridos de generación de energía

Abstract

Los sistemas de generación basados en energías renovables pueden ser clasificados de diversas maneras. Una de las formas posibles está basada en su conectividad, permitiendo así diferenciarlos entre sistemas vinculados a la red de distribución y sistemas aislados. El primer grupo se caracteriza en general por las elevadas potencias de generación que involucra. Por su parte el segundo es más modesto en este sentido, estando habitualmente destinado a electrificar pequeñas localidades aisladas de la red de distribución. Estos últimos, conocidos como sistemas autónomos, emplean por lo general diversas formas de generación en forma conjunta, siendo esta característica la que les aporta el calificativo de "híbridos". El diseño y control de este tipo de sistemas resulta técnicamente más complejo que el correspondiente a sistemas que simplemente tienden a aumentar la potencia disponible de infraestructuras ya existentes (Jayadev, 1995). Dentro de los sistemas híbridos autónomos, la tendencia actual consiste en determinar un control general que defina tanto la estrategia de operación como las leyes de control a aplicar en cada caso, de manera de mejorar el desempeño del sistema frente a un marco de operación fuertemente aleatorio. En este sentido la presente tesis aborda esta problemática sobre un sistema híbrido en particular. El objetivo propuesto consiste en controlar la magnitud de la potencia generada, de manera de satisfacer los requerimientos de una carga variante en el tiempo y, simultáneamente, proveer la potencia necesaria para seguir un ciclo de carga/mantenimiento especificado sobre su subsistema de almacenamiento de energía. Esta estrategia permite extender la vida útil del subsistema de almacenamiento cuyo costo tiene un importante peso relativo sobre el precio total del sistema. Dadas las características aleatorias de los fenómenos involucrados en la generación y en la carga, el control debe considerar la operación bajo diferentes combinaciones de disponibilidad de recursos (Grauers y Carlson, 1991; Mufti et al., 1998). El diseño de las leyes de control se realiza bajo un marco teórico que unifica aspectos del control por estructura variable con conceptos de pasividad (Sira-Ramirez y Ríos Bolivar, 1999). Este marco, permite conformar una metodología adecuada para abordar el diseño de controladores de sistemas no lineales. Por su intermedio se obtienen leyes de control por realimentación de estados conmutada que presentan varias propiedades atractivas.Entre ellas podrían citarse la robustez frente a ciertas incertidumbres paramétricas y a dinámica no modelada, buen rechazo a perturbaciones y límites de conmutación dependientes de los estados (Sira-Ramirez, 1988; Sira-Ramirez y Ríos Bolivar, 1999; Utkin, 1992 y 1993). Esta última característica permite disminuir la magnitud del chattering asociado a los regímenes deslizantes, mejorando así la regulación sobre la salida del sistema que se desea controlar. Por último, es importante decir que si bien tanto el diseño de la estrategia de operación como el de las leyes de control se realiza sobre un sistema híbrido autónomo particular, los fundamentos en que está basado este diseño pueden extrapolarse fácilmente a otras topologías.