Control no lineal para un convertidor bidireccional en una microrred de CC usando linealización por realimentación

Abstract

En este trabajo se presenta una estrategia de control no lineal para un convertidor DC-DC bidireccional que interconecta un banco de baterías a una barra de DC en una microrred. La estrategia de control permite regular la tensión de salida del convertidor en un valor de referencia deseado, con el fin de mantener el equilibrio de potencias al regular la tensión en la barra de DC y al efectuar la carga del sistema de almacenamiento. Esto se garantiza incluso ante grandes excursiones de la carga conectada a la microrred, cargas de gran demanda como lo son las de potencia constante, y variaciones en los parámetros del convertidor. El controlador es diseñado a partir del modelo promediado en espacio de estados del convertidor mediante una estrategia de control no lineal basada en linealización por realimentación, que permite transformar el modelo no lineal del convertidor en uno equivalente, lineal y controlable, mediante un cambio de coordenadas y la realimentación de una acción de control no lineal, que cancela las no linealidades del sistema original, permitiendo de esta manera el uso de un controlador lineal para satisfacer los requisitos de control. Para asegurar la estabilidad en lazo cerrado se selecciona como salida a la energía del sistema, compuesta por la suma de la energía almacenada en el capacitor y en el inductor del convertidor, evitando la presencia de dinámica cero dado que el grado relativo es igual al orden del sistema. Se muestran resultados de simulación que validan el desempeño de laestrategia de control propuesta.

In this paper a nonlinear control strategy for a bidirectional DC-DC converter that interconnects a battery bank with a DC bus in a microgrid is presented. The control strategy allows the output voltage regulation of the bidirectional converter at a desired reference value, in order to maintain the power balance when regulating the DC bus voltage and when the storage system is being charged. This is guaranteed even in the presence of great changes of the load connected to the microgrid, highly demanding loads such as constant power loads, and variations in the converter parameters. The controller is designed from the state space averaged model of the converter by means of a nonlinear control strategy based on feedback linearization, which allows to transform the nonlinear model of the converter into a linear and controllable equivalent one by means of a change of coordinates and the feedback of a nonlinear control signal, which cancels out the nonlinearities of the original system, thus allowing the use of a linear controller to meet control requirements. To ensure closed loop stability, the system energy is selected as the output, made up of the sum of the stored energy in the capacitor and the inductor of the converter, avoiding the presence of zero dynamics given that the relative order is equal to the order of the system. Simulation results that validate the performance of the proposed control strategy are shown.