Evaluación Experimental de una Etapa de Conexión a Red

Evaluación Experimental
de una Etapa de Conexión a Red Bidireccional de 50 kW
para Estaciones de Recarga Rápida de Vehículos Eléctricos
Francisco Llopis Lanuza
Directores: Emilio Figueres y Gabriel Garcerá
Fuente imagen: GH Electrotermia
1
Indice
1 Proyecto SURTIDOR
2 Funcionamiento cargador
3 Solución propuesta
4 Modelo
5 Diseño de los lazos de control
6 Descripción del prototipo experimental
7 Resultados experimentales
8 Conclusiones
9 Trabajos futuros
2
1 Proyecto SURTIDOR
Participantes:
Fuente imágenes: GH Electrotermia
4
2 Funcionamiento cargador
THD
20
1
18
0,9
16
0,8
14
0,7
12
0,6
10
0,5
8
0,4
6
0,3
4
0,2
2
0,1
0
PF-Cos(φ)
Cos(φ) PF THD - P
0
0
10
20
30
40
50
60
P(kW)
THD(%)
cos (φ)
PF
Fuente: GH Electrotermia
5
4 Modelo
u=
⃗
[]
d̂ d
d̂ q
v̂ gd
v̂ gq
[]
̂i 1d
̂i 1q
̂i 2d
⃗y= ̂i
2q
v̂ cd
v̂ cq
v̂ dc
v̂ cd
v̂ cq
v̂ dc
[ ] [ ]
−
Rd
L1
−ω
A=
[]
̂i 1d
̂i 1q
̂i 2d
⃗x= ̂i
2q
ω
Rd
L1
0
Rd
L2
0
Rd
L1
0
Rd
L2
ω
−
Rd
L2
0
−
0
Rd
L2
−ω
1
Cf
0
0
−
Dd
Co
1
Cf
Dq
−
Co
−
−
1
Cf
0
0
−
1
L1
Dd
L1
Dq
L1
1
L2
0
Rd
L2
0
0
−
1
L1
0
V dc
L1
0
0
0
0
0
V dc
L1
0
0
1
L2
0
0
0
1
L2
0
0
ω
0
0
0
1
Cf
−ω
0
0
0
0
0
−
−
ko
Co
B=
0
0
0
0
I id
I iq
−
−
Co
Co
−
0
0
1
L2
0
0
0
0
0
−
7
4 Modelo
−T del
e
1
2
(T del s)
12
s
≈
1
1+0.5T del s+ (T del s)2
12
1−0.5T del s+
8
5 Diseño de los lazos de control
9
5 Diseño de los lazos de control
Diseño del regulador Gs(s)
Frecuencia de cruce f sw ≤ f c ≤ f sw
10
5
Regulador tipo PI
f sw 5 kHz
=
=500 Hz
10
10
G s (s)=k p +
ki
0.04
=0.006+
s
s
10
5 Diseño de los lazos de control
Diseño del regulador Gv(s)
BWF Tv( s)≪ BWF Ti ( s)→ i d ≈i dref
Frecuencia de cruce
50 Hz
Regulador tipo PI
G v ( s)=−(k pv +
k iv
75
)=−(3.5+ )
s
s
11
5 Diseño de los lazos de control
Diseño del regulador H(s) del PLL
f cpll ≪ f r
Frecuencia de cruce
25 Hz
Regulador tipo PI
H PI (s)=k pPLL+
k iPLL
1
=0.6+
s
s
12
6 Descripción del prototipo experimental
Rectificador Activo
Cargador
Emulador
13
6 Descripción del prototipo experimental
Transformador
Condensadores
+ Resistenciad
de Dumping
Filtro EMI
Inductancia
14
6 Descripción del prototipo experimental
Semipuentes
de IGBTs
Tarjetas de
disparo
Condensadores
DC-Link
15
6 Descripción del prototipo experimental
1. Circuitos acondicionadores señales sensadas
2. Relés contactores de potencia
3. Circuitos acondicionadores señales PWMs
4. Buses de comunicaciones (CAN, SCI, I2C)
5. DSP TMS320F28335
16
7 Resultados experimentales
Proceso de carga del bus de continua
Verde → Vdc DC-Link Rectificador Activo
17
7 Resultados experimentales
Tensión y corriente a la entrada del convertidor
P = 25 kW
Azul → Va primario transformador
Amarillo → Ia primario transformador
18
7 Resultados experimentales
Tensión y corriente a la entrada del convertidor
18%
Azul → Va primario transformador
Amarillo → Ia primario transformador
19
7 Resultados experimentales
Tensión y corriente en la DC-Link
18%
Verde → Vdc
Rojo → Idc
20
7 Resultados experimentales
Medida del THDi, del DPF y del PF
THDi
0,18
0,16
0,14
Rectificador No Controlado con
Filtro LC
Rectificador Activo Sin Filtros
Resonantes
Rectificador Activo Con Filtros
Resonantes
THDi
0,12
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
0
5
10
15
20
25
30
Potencia (kW)
DPF
PF
1,2
1,2
1
1
DPF
0,8
0,6
0,4
0,2
Rectificador No Controlado con
Filtro LC
Rectificador Activo Sin Filtros
Resonantes
Rectificador Activo Con Filtros
Resonantes
0,8
PF
Rectificador No Controlado con
Filtro LC
Rectificador Activo Sin Filtros
Resonantes
Rectificador Activo Con Filtros
Resonantes
0,6
0,4
0,2
0
0
0
5
10
15
Potencia (kW)
20
25
30
0
5
10
15
20
25
30
Potencia (kW)
21
7 Resultados experimentales
Filtros resonantes
I 5º Armónico Vdc = 550 V
I 7º Armónico Vdc = 550 V
0,9
0,5
0,8
0,4
0,7
Rectificador Activo Sin Filtros
Resonantes
Rectificador Activo Con Filtros
Resonantes
I (A)
0,5
0,4
0,3
Rectificador Activo Sin
Filtros Resonantes
Rectificador Activo Con
Filtros Resonantes
0,3
I (A)
0,6
0,2
0,1
0,2
0,1
0
0
2,8
6,1
10,8
P (kW)
14,5
21,3
24,1
2,8
6,1
10,8
14,5
21,3
24,1
P (kW)
22
Gracias por su atención
Fuente imagen: GH Electrotermia
25