ES2612305T3 - Procedimiento de diagnóstico de elementos defectuosos de un sistema autónomo, alimentado por una fuente de alimentación intermitente - Google Patents

Procedimiento de diagnóstico de elementos defectuosos de un sistema autónomo, alimentado por una fuente de alimentación intermitente Download PDF

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Abstract

Procedimiento de diagnóstico de elementos defectuosos de un sistema autónomo, alimentado por una fuente de alimentación intermitente y que se compone en serie de un generador (2), un regulador de potencia (3) y un elemento de almacenamiento de energía (1), regulador que consta de un convertidor dispuesto entre el generador (2) y el elemento de almacenamiento de energía (1), el procedimiento consiste en - la medición de la corriente y de la tensión (Ubat) reales de carga, la determinación en función de dichas mediciones de la potencia real de carga (Pbat) del elemento de almacenamiento de energía (1), la comparación de dicha potencia real de carga con un umbral de potencia predefinido; - la desconexión del elemento de almacenamiento de energía (1) si la potencia de carga es inferior al umbral de potencia; - cuando el elemento de almacenamiento de energía (1) está desconectado, la medición de la potencia máxima (Pmpp) suministrable por el generador (2) en el instante de la medición, la determinación del estado de carga (SOC) del elemento de almacenamiento de energía (1) desconectado, así como la determinación, a partir del estado de carga (SOC), de la tensión (Utbat) y de la potencia (Ptbat) teóricas de carga para una carga óptima de la batería, donde la tensión teórica (Utbat) es dependiente igualmente de la temperatura del elemento de almacenamiento de energía; - la diferenciación entre un comportamiento normal, un funcionamiento defectuoso del generador (2) y un funcionamiento defectuoso del elemento de almacenamiento de energía (1) en función de la comparación entre la potencia real de carga (Pbat) del elemento de almacenamiento (1) y el valor más pequeño representativo de la potencia teórica (Ptbat) de carga del elemento de almacenamiento de energía (1) y de la potencia máxima (Pmpp) suministrable por el generador (2) y de la comparación entre la tensión real (Ubat) de carga y la tensión teórica (Utbat) de carga del elemento de almacenamiento de energía (1).

Description

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potencia corresponde a la tensión en los bornes del generador Vg y la tensión de salida del regulador, Ubat, es la tensión en los bornes del elemento de almacenamiento 1.
El protocolo de ensayo (F4) del regulador de potencia 3 puede consistir en las siguientes etapas. La unidad de
5 control 6 ordena realizar una nueva medición (F15) de la tensión suministrada por el generador 2 o utiliza el valor previamente almacenado en la memoria. La unidad de control 6 ordena también realizar una nueva medición (F16) de la tensión suministrada a la batería 1 o utiliza el valor previamente almacenado en la memoria. A continuación, la unidad de control 6 prueba (F17) si el valor de la tensión suministrada a la batería 1 es nulo.
10 En ese caso, si (salida SÍ de F17) la tensión suministrada a la batería es nula, el regulador de potencia 3 se declara defectuoso (F20). En el caso contrario, (salida NO de F17), el regulador de potencia 3 se considera como funcional (F19).
En una variante de realización, se puede resolver el mismo problema técnico en un sistema autónomo cuyo
15 regulador de potencia no contiene un convertidor. Como el convertidor de potencia es un elemento oneroso, también es posible realizar la carga de la batería según otro protocolo de carga.
La regulación de la carga de la batería 1 a partir del generador 2 se realiza entonces con los elementos de conmutación dispuestos entre el generador 2 y la batería 1. En ese caso, durante la carga, la potencia suministrada
20 por el generador no se adapta a la carga de la batería, ya no es posible hacer variar el informe Uentrada/Usalida. Así, las tensiones en los bornes del generador y de la batería son idénticas. En esta configuración, el generador y el elemento de almacenamiento se conectan directamente a través de los elementos de conmutación.
En el modo de realización particular ilustrado por el organigrama de la figura 4 y correspondiente a un regulador 3 de
25 potencia sin convertidor de potencia, la unidad de control 6 determina (etapa F21) la corriente real de carga Ibat de la batería 1 a partir del circuito de medición 5. Ventajosamente, la tensión real de carga también puede medirse a través del circuito de medición 4. La unidad de control 6 compara (F22) la corriente real de carga Ibat de la batería 1 con un primer umbral de corriente predefinido Iumb, preferentemente igual a la corriente de fin de carga que depende directamente de la batería (tipo, dimensión,...) y que es típicamente igual al 5 % de la corriente nominal de
30 carga.
Si la corriente real de carga Ibat es inferior al umbral predefinido (salida SÍ de F22), la unidad de control 6 provoca (F23) la desconexión de la batería 1 después de haber almacenado en la memoria los últimos valores de tensión y de la corriente medidos (Ubat e Ibat) por los circuitos de medición 4 y 5.
35 En una etapa F24, la unidad de control 6 calcula la tensión Umax y la corriente Imax máximas suministrables por el panel fotovoltaico 2, en base a las mediciones de la tensión y de la corriente en los bornes del panel fotovoltaico. Los valores máximos de tensión y de corriente suministrables por el generador son independientes el uno del otro y corresponden a dos condiciones diferentes de funcionamiento del generador, la tensión en circuito abierto y la
40 corriente de cortocircuito. Gracias a estos dos datos, la unidad de control determina la curva de funcionamiento normal del generador. Esta curva se calcula gracias a datos específicos representativos del generador y que se integran en la memoria de la unidad de control.
Como se ilustra en la figura 5, la curva A de funcionamiento del generador calculada por la unidad de control 6
45 representa la relación que vincula la corriente suministrada y la tensión en los bornes del generador en un funcionamiento normal. Se observa que, en un primer ámbito que corresponde a los valores de tensión más débiles, la corriente suministrable es sensiblemente máxima y constante, y corresponde a la corriente máxima Imax. Después, a medida que la tensión aumenta, la corriente disminuye de forma sensiblemente lineal hasta ser nula. Cuando la corriente suministrada por el generador es nula, la tensión en los bornes de este mismo generador es
50 máxima y corresponde a la tensión máxima Umax. Por tanto, la curva A de funcionamiento del generador tiene en cuenta los datos climáticos actuales, por ejemplo el asoleamiento (irradiación y temperatura).
Después, la unidad de control 6 determina el estado de carga (SOC) de la batería 1 (F25). El protocolo de determinación del estado de carga es ventajosamente idéntico al que se ha explicado anteriormente. Esta
55 estimación del estado de carga (SOC) es utilizada ventajosamente por la unidad de control 6 para definir los parámetros de carga deseables para diferentes perfiles de carga de la batería 1.
La unidad de control 6 posee igualmente, en la memoria, las características generales del elemento de almacenamiento y así puede conocer, en un funcionamiento normal, la relación que existe entre la corriente de
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carga y la tensión en sus bornes. Esta relación está representada típicamente por la curva B (figura 5) y tiene la forma U = E + RI en la que:
U es la tensión en los bornes del elemento de almacenamiento,
5 E es la fuerza electromotora del elemento de almacenamiento, R es la resistencia interna del elemento de almacenamiento, I es la corriente de carga.
De forma convencional, la fuerza electromotora E del elemento de almacenamiento evoluciona en función del estado
10 de carga (SOC) de la batería. Además, según el tipo de batería utilizada, es posible observar variaciones débiles de la resistencia interna R del elemento de almacenamiento.
La unidad de control 6 calcula entonces el valor de la tensión teórica de carga y la corriente teórica de carga (Utbat/Itbat) que corresponden a la adecuación entre las características eléctricas suministrables por el generador y
15 las características eléctricas impuestas por la carga del elemento de almacenamiento 1, es decir, la intersección de las curvas A y B de la figura 5. De este modo, la tensión y la corriente de carga determinadas por la unidad de control 6 corresponden a la tensión y corriente teóricas de carga Utbat e Itbat.
Así, para el estado de carga determinado (SOC), la unidad de control 6 determina la corriente teórica de carga Itbat
20 y la tensión teórica Utbat(T,SOC), que depende igualmente de la temperatura de la batería 1. Este par corriente/tensión teórica de carga (Utbat/Itbat) permite, en teoría, una carga óptima de la batería.
Como se ha indicado anteriormente, si el generador y el elemento de almacenamiento están en conexión directa, la tensión en los bornes del elemento de almacenamiento y del generador es idéntica y la corriente que sale del
25 generador corresponde a la que carga el elemento de almacenamiento. De todo ello resulta que el punto de funcionamiento debe pertenecer a las curvas A y B. Entonces, la corriente teórica de carga siempre es inferior a Imax y evoluciona a medida que se carga la batería desde Imax hasta la corriente de fin de carga, por ejemplo Iumb. El desplazamiento de la corriente teórica de carga sobre la característica (U/I) del generador está en función de las características del generador y de la batería.
30 Ventajosamente, las características del elemento de almacenamiento y del generador se eligen de forma que la corriente teórica de carga Itbat no sea inferior a un valor límite, por ejemplo, el 80 % de la corriente máxima suministrable (0,8 Imax), lo que corresponde sensiblemente al punto de potencia máxima suministrable Pmpp por el generador 2. Esta condición vincula el tamaño del generador al tamaño de la batería. Si el generador está
35 sobredimensionado respecto del ejemplo anterior (0,8 Imax), la corriente teórica de carga Itbat puede no ser inferior al 90 % de la corriente máxima suministrable, o incluso ser sensiblemente igual a la corriente máxima suministrable Imax. A modo de ejemplo, este tipo de montaje puede utilizarse para cargar una batería de plomo que soporta una corriente elevada en fin de carga. En el caso contrario, si se quiere evitar suministrar una corriente elevada en fin de carga, el generador se subdimensiona.
40 Los valores Utbat e Itbat utilizados a continuación están en función del estado de carga (SOC) real de la batería 1 en el momento de su determinación (etapa F6).
La unidad de control 6 utiliza, entonces, diferentes magnitudes medidas y determinadas, para determinar el origen 45 de la corriente débil de carga detectada anteriormente (salida SÍ de F22).
En la figura 4, la corriente real de carga Ibat se compara (F26) con la corriente teórica de carga Itbat para verificar si la corriente real de carga Ibat es inferior a la corriente teórica de carga (Ibat < Itbat).
50 Si (salida NO de F26) la corriente real de carga Ibat es superior o igual a la corriente teórica de carga Itbat, el sistema autónomo funciona normalmente.
Ventajosamente, el estado de carga de la batería se compara con un estado de fin de carga predeterminado (F27), por ejemplo, el 99 % (SOC<99 %). Si (salida NO de F27) el estado de carga es superior o igual al estado de fin de
55 carga predeterminado, la batería se considera como cargada (F28). En caso contrario (salida SÍ de F27), el panel fotovoltaico 2 limita, a priori, la carga de la batería 1 lo que significa que la irradiación es débil (F29) y que la batería 1 utiliza toda la corriente disponible.
Si (salida SÍ de F26) la corriente real de carga es inferior a la corriente teórica de carga (Ibat < Itbat), se supone que
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el sistema autónomo tiene un funcionamiento anormal y se realiza la búsqueda del elemento defectuoso.
La tensión teórica de carga Utbat se compara (F30) a continuación con la tensión de carga Ubat para verificar que la tensión real de carga Ubat sea superior a la tensión teórica de carga de la batería 1 (Ubat > Utbat).
5 Si (salida SÍ de F30) la tensión real de carga Ubat es superior a la tensión teórica de carga de la batería 1 (Ubat > Utbat), entonces la batería parece degradada y se avisa al usuario (F31). Efectivamente, se supone que la consecuencia principal de la degradación de la batería 1 es un aumento de su impedancia interna y por tanto un desfase de los puntos de funcionamiento corriente y tensión de la batería 1, como ilustra la curva C en la figura 6.
10 En el caso contrario (salida NO de F30), se compara de nuevo la tensión teórica de carga Utbat y la tensión de carga Ubat (F32) para verificar si la tensión de carga Ubat es inferior a la tensión teórica de carga de la batería 1 (Ubat > Utbat).
15 Si (salida SÍ de F32) la tensión real de carga Ubat es inferior a la tensión teórica de carga de la batería 1 (Ubat < Utbat), en ese caso es el panel fotovoltaico 2 el que parece degradado y se avisa al usuario (F33). Efectivamente, se considera que la principal consecuencia de la degradación del panel fotovoltaico 2 es la degradación de su curva tensión/corriente, es decir, que su curva tensión/corriente se sitúa por debajo de su curva tensión/corriente nominal, como ilustra la curva D en la figura 7. De ello resulta un desfase entre los puntos de
20 funcionamiento corriente y tensión de la batería 1 respecto de los puntos de funcionamiento teórico. Entonces se sospecha que el panel fotovoltaico 2 es defectuoso y el usuario recibe un aviso (F33).
En caso contrario (salida NO de F32), la tensión teórica de carga Utbat es igual a la tensión de carga Ubat, el funcionamiento del sistema autónomo es anormal, pero no se puede determinar ninguna causa y se avisa al usuario 25 (F34). Ese caso puede corresponder a una degradación simultánea del generador y de la batería.
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  1. imagen1
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