DSpace-CRIS

A medida que las fuentes de energía renovable interconectadas a la red aumentan, una solución viable para sostener la estabilidad de la red es mediante la implementación de Sistemas de Almacenamiento de Energía Distribuida (ESS, por sus siglas en inglés) a lo largo de la red. Para esta aplicación, los ESS deben ser capaces de manejar altas potencias en el rango de milisegundos a segundos, por lo que los Supercapacitores (SCs, por sus siglas en inglés) son dispositivos atractivos para cumplir con este requisito. El objetivo de la investigación es diseñar una topología de ESS que pueda ser expandible y escalable, evitando la complejidad de los sistemas actuales mediante el enfoque del Convertidor Multinivel Modular (MMC, por sus siglas en inglés). Por esta razón, un aspecto importante es mejorar los submódulos con capacidades de autobalance para acomodar tantos SCs como lo requiera la aplicación de la red. Los MMCs han sido ampliamente estudiados para aplicaciones de corriente continua de alta tensión, aunque son una tecnología costosa, los beneficios de implementarlos en proyectos a gran escala los convierten en una solución viable en contraste con las líneas de corriente alterna tradicionales, ya que proporcionan una forma más robusta y eficiente de transferir energía a largas distancias. Se ha realizado poca investigación en aplicaciones de MMC de baja tensión debido a la complejidad del controlador y los beneficios limitados en eficiencia, pero es un enfoque innovador agregar a cada Submódulo (SM) un dispositivo de almacenamiento de energía para crear un ESS. El ESS resultante puede escalar más rápidamente, ya que es posible simplemente agregar más SMs al sistema en serie para aumentar el voltaje o en paralelo para aumentar la potencia. Además, con la capacidad añadida de autobalance en los SCs, se puede diseñar un ESS robusto en comparación con los tradicionales, que requieren etapas de potencia independientes para lograr el sistema de balanceo, el convertidor CC/CC y el inversor CC/CA. Este trabajo de investigación cubre en detalle la metodología de diseño del MMC propuesto, las simulaciones que validan la propuesta y la operación de interconexión a la red, una metodología de optimización para analizar la eficiencia y mejorarla, y finalmente dos prototipos utilizados para validar el ESS basado en MMC propuesto. El primer prototipo a escala de laboratorio valida la operación del ESS basado en MMC, y el segundo prototipo valida las mejoras de eficiencia realizadas según la metodología de optimización, logrando alrededor de ~93% de eficiencia para un ESS basado en MMC de baja tensión completo de 220VAC y 16kW. En línea con la misión del Centro de Energía y Tecnología de Skoltech y la Facultad de Ingeniería de la Universidad Panamericana, esta investigación en conversión de energía puede proporcionar un convertidor ESS basado en MMC eficiente y puede ser utilizado para mejorar las capacidades de control de frecuencia de la red. Para concluir, se realizó una contribución relevante al campo de los MMCs de baja tensión con este trabajo de investigación de doctorado.

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