Gestión de la energía de la batería en una microrred particular

P oyec o Fin de Ca e a
Ingenie ía de Telecomunicación
Fo ma o de Publicación de la Escuela Técnica
Supe io de Ingenie ía
Au o : F. Ja ie Payán Some
Tu o : Juan José Mu illo Fuen es
Dep. Teo ía de la Señal y Comunicaciones
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2013
T abajo Fin de G ado
G ado en Ingenie ía en Tecnologías Indus iales
Ges ión de la ene gía de la ba e ía en una
mic o ed pa icula
Au o : Ad ián Cas illo Jiménez
Tu o : Ca olina Albea Sánchez
Dp o. Ingeneía de Sis emas y Au omá ica
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2025
T abajo Fin de G ado
G ado en Ingenie ía en Tecnologías Indus iales
Ges ión de la ene gía de la ba e ía en una
mic o ed pa icula
Au o :
Ad ián Cas illo Jiménez
Tu o :
Ca olina Albea Sánchez
P o eso Ti ula
Dp o. Ingeneía de Sis emas y Au omá ica
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2025
T abajo Fin de G ado: Ges ión de la ene gía de la ba e ía en una mic o ed pa icula
Au o : Ad ián Cas illo Jiménez
Tu o : Ca olina Albea Sánchez
El ibunal nomb ado pa a juzga el abajo a iba indicado, compues o po los siguien es p o eso es:
P esiden e:
Vocal/es:
Sec e a io:
acue dan o o ga le la cali icación de:
El Sec e a io del T ibunal
Fecha:

Ag adecimien os
Con es e abajo culmina una e apa de mi ida, una e apa ma cada po concep os como el es ue zo y la
dedicación que inalmen e han dado sus u os. A lo la go de es os años he enido la sue e de sen i me
a opado en odo momen o po un g an núme o de pe sonas que, de una o ma u o a, han con ibuido a que
hoy pueda es a esc ibiendo es o. Me gus a ía, a a és de es as líneas, exp esa mi más since o ag adecimien o
a odas ellas.
A mis compañe os y amigos, po habe compa ido an os momen os jun os, po habe me dado una ía de
escape en los momen os de es és y po habe me hecho sen i que no es aba solo en es e camino.
A mi u o a Ca olina, po su calidad humana y p o esional, po su a ención y po habe sido mi guía en
es e p oceso. Y ambién a Camila, po habe apo ado sus conocimien os pa a hace de es e un p oyec o más
comple o.
Y en especial, a mis pad es y a mis he manas, po su apoyo incondicional, po habe me impulsado en los
momen os más du os y po habe celeb ado mis log os como si ue an p opios. G acias po c ee en mí y po
habe me enseñado a lucha po lo que quie o.
Ad ián Cas illo Jiménez
Se illa, 2025
I
Resumen
E
n un con ex o de cons an e c ecimien o de la demanda ene gé ica y de la apues a po la sos enibilidad, se
plan ea el p oblema de sa is ace es as necesidades a a és de uen es de ene gía limpias. En es e sen ido,
la gene ación dis ibuida desempeña un papel undamen al, ya que pe mi e a los consumido es educi su
dependencia de uen es con encionales y disminui los cos es asociados al consumo eléc ico. En e las
al e na i as disponibles, la ene gía sola y la eólica des acan po su capacidad pa a ap o echa ecu sos
abundan es y eno ables. No obs an e, oda ía exis en ba e as que limi an su uncionamien o independien e,
como la in e mi encia de la gene ación y la di icul ad de almacenamien o.
El concep o de mico ed nace pa a hace en e a es os e os, de o ma que puedan adap a se las edes
con encionales a la necesidad ac ual de in eg a uen es de ene gía eno ables. Su uncionamien o se basa
en la gene ación y almacenamien o de ene gía en el mismo luga donde se consume, lo que aumen a la
e iciencia y pe mi e una mayo sos enibilidad. Sin emba go, el uncionamien o de es os sis emas plan ea
desa íos écnicos que a día de hoy no han sido comple amen e abo dados.
En es e abajo se p opone una solución pa a ges iona la ene gía de la ba e ía de una mic o ed aislada,
basada en el uso de un ci cui o buck-boos bidi eccional. Se es uc u a en a ias pa es bien di e enciadas. En
p ime luga , as una b e e con ex ualización del ema del p oyec o, se p esen a una e isión del es ado del
a e en el ámbi o de las mic o edes y la elec ónica de po encia, con un en oque especial en los con e ido es
bidi eccionales. A con inuación, se desa olla un análisis de allado del ci cui o p opues o, incluyendo su
diseño y simulación. Finalmen e, se mon a el ci cui o p opues o en un en o no de labo a o io, donde se lle an
a cabo p uebas expe imen ales pa a alida su uncionamien o. T as la exposición de los esul ados ob enidos,
se p esen an las conclusiones y se sugie en posibles líneas de in es igación u u a que puedan con ibui al
a ance en es e campo.
III
2Capí ulo 1. In oducción
Es e uncionamien o desc i o se esume en la Figu a 1.1:
Figu a 1.1 Esquema gene al de una mic o ed.
Tal y como se mues a en la imagen, un elemen o undamen al de es os sis emas es la ba e ía, la cual se
enca ga de almacena la ene gía gene ada po las uen es eno ables pa a su uso pos e io . Es a ba e ía se
ca ga á cuando la gene ación supe e a la demanda, y se desca ga á en el caso con a io.
1.2 Mic o edes aisladas
Las mic o edes pueden unciona de o ma au ónoma, es deci , sin conexión a un se icio público de ene gía.
En es e caso, son conocidas como "mic o edes emo as" y son muy comunes en zonas u ales o aisladas que
ca ecen de acceso a una uen e de ene gía ce cana.
Cuando la mic o ed ope a de es a o ma, sus gene ado es deben es a p epa ados pa a esponde an e
cambios en la demanda de ene gía. Sin emba go, dada la na u aleza eno able de los gene ado es de la
mic o ed, que abajan con componen es p opios de la elec ónica de po encia, no ienen la ine cia necesa ia
pa a asumi los cambios b uscos de ca ga, como ocu e con los gene ado es sínc onos con encionales. Po
o o lado, la gene ación de ene gía eno able es in e mi en e, lo que puede p o oca que la demanda no se
cub a en odo momen o.
En es e sen ido, las ba e ías son una solución ideal, ya que pe mi en almacena la ene gía gene ada en
los momen os de exceso y libe a la en los momen os de dé ici . En un sis ema de mic o ed que u iliza la
ene gía sola , po ejemplo, los paneles gene an elec icidad du an e el día a a és de los ayos del sol y, a la
ez, almacenan ene gía en ba e ías pa a u iliza la en momen os en que no haya luz na u al. De es a o ma, el
almacenamien o en ba e ías inco po ado a las mic o edes asegu a la con inuidad del suminis o eléc ico en
caso de a e ías o si uaciones de man enimien o, c eando lo que se conoce como “islas eléc icas”.

1.3 Jus i icación 3
1.3 Jus i icación
A endiendo la necesidad inmedia a de ealiza una ansición ene gé ica segu a, y, eniendo en cuen a las
ecnologías aplicadas en las ene gías eno ables, se ha is o una opo unidad pa a in es iga ace ca de la
o ma en la que se puede mejo a el endimien o de los sis emas eléc icos con encionales. En es e sen ido,
la elec ónica de po encia ab e un amplio abanico de posibilidades en cuan o a la o ma de hace en e a los
e os de i ados de es a ansición.
En es e con ex o, el es udio de un con e ido bidi eccional de po encia DC-DC se con ie e en una apues a
segu a umbo a la desca bonización. Sin emba go, la in es igación en es e campo es aún incipien e, de o ma
que queda mucho po hace .
Pe sonalmen e, me pa eció a ac i a la idea in oduci me en es e campo de in es igación con el obje i o
de busca una mane a de abo da el p oblema de la egulación de ensión y co ien e en una mic o ed
aislada, pues o que ealmen e es un ema de ac ualidad en el que aún pueden hace se muchos a ances. Tan o
la búsqueda de un ci cui o adecuado como el desa ollo de un algo i mo de con ol que pe mi iese hace
en e a cambios en la demanda de ene gía, me pa ecie on odo un e o que sabía que me do a ía de g an
sa is acción al consegui lo.
2 Es ado del A e
L
as uen es de in o mación consul adas p opo cionan in o mación ac ualizada y e e enciada sob e las
nue as ecnologías elacionadas con la elec ónica de po encia y los sis emas de con ol usados pa a el
seguimien o de sis emas no lineales, como es el caso de la mayo ía de los con e ido es de po encia. En
es e sen ido, la búsqueda de in o mación se ha cen ado en a ículos cien í icos elacionados con el á ea de
Elec ónica y Con ol Au omá ico, que han apo ado in o mación ele an e pa a el desa ollo del p esen e
abajo.
Los sis emas de dis ibución de ene gía eléc ica ienen adicionalmen e una es uc u a adial que se
ha man enido a lo la go de los años. Sin emba go, la apa ición de nue as ecnologías y la necesidad de
in eg a uen es de ene gía limpias ha in oducido el concep o de la gene ación dis ibuida. Es a é mino se
e ie e a la gene ación de elec icidad en el mismo luga donde se consume, que pese a conlle a una se ie
de en ajas como la educción de pé didas en el suminis o, ambién desencadena muchos p oblemas an es
desconocidos, pe o que ya es án siendo es udiados po la comunidad cien í ica. En es e sen ido, el a ículo [
1
]
analiza ampliamen e el impac o de la in eg ación de gene ación dis ibuida, e idenciando los e ec os ad e os
de la misma. La exis encia de di e sas mic o uen es a di e en es ni eles de pene ación en la ed in alida
los mé odos adicionales de con ol de lujo de ene gía en la ed. Es o ocu e debido a que los sis emas de
dis ibución ue on diseñados o iginalmen e bajo la p emisa de conside a se en odo momen o lo que se
conoce como " ed pasi a". De es a o ma, es as edes deben unciona acep ando ene gía únicamen e del
sis ema de ansmisión, pa a luego dis ibui la a los dis in os usua ios. Sin emba go, las mic o edes son
" edes ac i as", de o ma que a lo an e io se le suman gene ado es dis ibuidos, y es o implica la exis encia
de lujos de ene gía bidi eccionales en di e en es pun os de la ed.
El a ículo [
9
] p esen a un análisis de a ios con e ido es de po encia bidi eccionales que pueden se
u ilizados en mic o edes, y sugie e la u ilización de opologías sin ans o mado como una solución a los
p oblemas que se p esen an en es e ipo de edes. El con e ido bidi eccional buck-boos es una opología
de con e ido DC-DC que pe mi e modi ica el ni el de ensión en e una uen e de ene gía y una ca ga, o
sis ema de almacenamien o, como es el caso. El con e ido iene esencialmen e dos modos de ope ación,
como bien se desc ibe en [
7
]. En modo Buck ( educ o ), el con e ido educe la ensión de en ada a un
ni el in e io a la salida, mien as que en modo Boos (ele ado ), la ensión a la salida es supe io a la de
en ada. Es a uncionalidad, c ucial en mic o edes de DC al y como se explica en [
4
], es la que pe mi e
que el ci cui o enga la capacidad de ca ga y desca ga la ba e ía, dependiendo de la necesidad del sis ema.
Es as mic o edes es án diseñadas pa a ges iona múl iples uen es de ene gía, ales como paneles sola es,
ba e ías o celdas de combus ible, pe o sin el con e ido se ía imposible que unciona an de o ma conjun a.
El ci cui o es el enca gado de asegu a un ol aje cons an e en el sis ema, e i ando luc uaciones que puedan
a ec a al endimien o de los equipos conec ados.
En cuan o a la o ma de hace que el con e ido uncione de o ma e icien e, el a ículo [
6
] p esen a un
p o undo análisis de una g an a iedad de es a egias de con ol que puedan cumpli con el in deseado.
Dado que pa a cada opción se analizan sus en ajas e incon enien es, así como su aplicabilidad a di e en es
si uaciones, se concluye con que no exis e una solución óp ima que uncione adecuadamen e en odos los
casos. En e las es a egias analizadas, exis en algunas más complejas como el con ol p edcic i o o el con ol
po modo deslizan e, que aunque p ome en esul ados óp imos, equie en un mayo es ue zo compu acional
y un conocimien o más amplio del sis ema. Sin emba go, ambién se pueden con empla o as opciones más
5
6Capí ulo 2. Es ado del A e
simples como es el caso de un con olado p opo cional in eg al (PI), que, pese a no se el más e icien e, es
uno de los más u ilizados en la p ác ica po su simplicidad. Puede comp oba se que se ob ienen esul ados
sa is ac o ios en casos como [8].
En conco dancia con lo an e io , la in es igación ac ual en odo es e ema de las mic o edes se cen a
en mejo a su e iciencia y iabilidad buscando la opología del con e ido adecuada y el con olado que
mejo se adap e a cada si uación. La op imización en cada caso es undamen al, ya que cada sis ema iene
sus p opias ca ac e ís icas y necesidades. Es o complica la a ea de encon a una solución uni e sal que
uncione en odos los casos, pese a que se man iene la espe anza de que, en un u u o y as habe analizado
mul i ud de casos dis in os, puede halla se alguna o ma de simpli ica el p oceso de elección de con e ido
y con olado .
3 Modelo del ci cui o con e ido
E
s e capí ulo se cen a en el análisis del con e ido bidi eccional de po encia DC-DC con la opología
buck-boos . Se mues a una isión gene al e independien e de las opologías clásicas de con e ido es DC-DC:
buck y boos , que ayuda án a en ende el uncionamien o del con e ido bidi eccional al comple o.
3.1 Con e ido es DC-DC
Los con e ido es de po encia DC-DC son disposi i os elec ónicos diseñados pa a modi ica los ni eles
de ensión en sis emas de co ien e con inua. Es án p esen es en aplicaciones donde es necesa io adap a la
ensión de una uen e de alimen ación pa a alimen a ca gas con di e en es ni eles de ol aje.
Es os con e ido es ope an median e la conmu ación de semiconduc o es de po encia, como ansis o es
MOSFET o IGBT, en combinación con elemen os pasi os como lo son induc o es y condensado es. Su
uncionamien o se basa en el p incipio de almacenamien o y ans e encia de ene gía a a és de es os
elemen os, minimizando las pé didas y op imizando la egulación de ensión. Una p opiedad impo an e de
bobinas y condensado es es la dinámica de iempo con inuo de la co ien e y la ensión, espec i amen e,
que ienen exigidas po las ecuaciones:
L( ) = LdiL( )
d (3.1)
iC( ) = Cd C( )
d (3.2)
Se comp ueba que, de exis i alguna discon inuidad en el iempo se ob end ían ensiones o co ien es
in ini as, lo cual es imposible en la p ác ica.
De es a o ma, las di e en es opologías de con e ido es DC-DC se componen odas de los mismos
elemen os, pe o su disposición y con ol a ían según la aplicación. Se mues an a con inuación algunas de
las más comunes, cada una con ca ac e ís icas especí icas:
-Buck ( educ o ): Reduce la ensión de en ada a un ni el in e io .
+
−
Vin
S
+
−
VD
L
iL
C RO
+
−
VO
Figu a 3.1 Esquema del con e ido educ o .
7

8Capí ulo 3. Modelo del ci cui o con e ido
-Boos (ele ado ): Aumen a la ensión de en ada a un ni el supe io .
+
−
Vin S
+−
VD
L
iL
C RO
+
−
VO
Figu a 3.2 Esquema del con e ido ele ado .
-Buck-Boos : Puede aumen a o disminui la ensión, dependiendo del con ol aplicado.
+
−
Vin
S+
−
VD
L
iL
C RO
+
−
VO
Figu a 3.3 Esquema del con e ido educ o -ele ado .
-Cuk y SEPIC: Diseñados pa a mejo a la e iciencia y educi el izado en la salida.
+
−
Vin S
+
−
VD
L1
iL1
L2
iL2
CO
C
RO
+
−
VO
Figu a 3.4 Esquema del con e ido cuk.
+
−
Vin S
+−
VD
L1
iL1
L2
iL2
C1
C2
Cin RO
+
−
VO
Figu a 3.5 Esquema del con e ido sepic.
3.2 Con e ido buck-boos bidi eccional
El con e ido escogido pa a es e abajo es un buck-boos bidi eccional ( e Figu a 3.6), que pe mi e ele a
o educi la ensión de en ada a la salida, dependiendo en cada momen o de cuál sea conside ada la en ada y
cuál la salida. Pese a exis i o as opologías de con e ido es bidi eccionales, como el buck-boos in e calado
o el buck-boos en cascada ( e [
9
]), se ha op ado po es a opología po su simplicidad y mayo acilidad de
3.3 Ope ación en modo boos 9
con ol.
+
−
Vin
L
iL
S
1−SC2
C1RO
+
−
VO
Figu a 3.6 Esquema del con e ido educ o ele ado bidi eccional.
Pa a el es udio del modelo del con e ido se han conside ado di e sos aspec os ípicos de los con e ido es
DC-DC, como son:
1. La co ien e en la bobina es pe iódica y con inua, de o ma que:
iL( +T) = iL( )(3.3)
siendo Tel pe iodo de conmu ación.
2. La ensión media en la bobina es ce o:
L( ) = 1
TZT
0
L( )d =0(3.4)
3. La co ien e media en el condensado es ce o:
iC( ) = 1
TZT
0
iC( )d =0(3.5)
4.
Suponiendo componen es ideales, la po encia en egada po la uen e es igual a la po encia en egada a
la ca ga:
Pin =Pou (3.6)
5.
Los elemen os semiconduc o es conmu a án según una ecuencia indicada, y se man end án en es ado
de conducción du an e un iempo dependien e del "du y cycle" o "ciclo de abajo":
D= on
on + o
= on
T(3.7)
Bajo es as conside aciones se es ablecen las ecuaciones de diseño de cualquie con e ido DC-DC. Pa a
el caso de es udio, dado que el con e ido se compo a como un buck o un boos dependiendo del in e up o
que se es é u ilizando, se pueden ob ene las ecuaciones de diseño analizando es os ci cui os más simples.
Conside a emos modo de conducción con inua (CCM) en ambos casos, de o ma que la co ien e en la
bobina nunca llegue a ce o.
3.3 Ope ación en modo boos
Al unciona el con e ido en es e modo, la señal de con ol se á el in e up o ma cado como
1−S
en la
Figu a 3.6, que se designa á como
S1
. De es a o ma, el con e ido bidi eccional se compo a de mane a
equi alen e a un ci cui o boos con encional:
10 Capí ulo 3. Modelo del ci cui o con e ido
+
−
S
iS,iL
S
+
−
T
+
− D
L
+−
L
C
iC
R
+
−
O
io
Figu a 3.7 Con e ido ele ado .
El uncionamien o del ci cui o depende de la posición del in e up o , como se mues a a con inuación:
+
−
S
iS,iL
+
−
T
+
− D
L
+−
L
C
iC
R
+
−
O
io
(a) Ci cui o pa a S1=1(0≤ ≤Ton).
+
−
S
iS,iL+
−
T
+
− D
L
+−
L
C
iC
R
+
−
O
io
(b) Ci cui o pa a S1=0(Ton ≤ ≤Ts).
Si conside amos que al comienzo S1es á ce ado, se ex ae lo siguien e:
L= S=LdiL
d →diL
d = S
L
iC=iL−iO
3.3 Ope ación en modo boos 11
g
L
iL=iS
iC
Ton Ts
Vs
I1
I2
−IO
Figu a 3.8 G á icas de in e és pa a S1=1.
Cuando se ab e el in e up o , se inaliza el ciclo de conmu ación de la siguien e mane a:
L= S− O=LdiL
d →diL
d = S− O
L
iC=iL−iO

4 Algo i mo de con ol
E
n es e capí ulo se p esen a el p ocedimien o seguido pa a consegui un con ol óp imo del ci cui o que
debe ía ins ala se pa a la ges ión de la ba e ía de la mic o ed. Todas las simulaciones se han ealizado con la
he amien a Simscape Elec ical en Simulink, de Ma lab. El ci cui o que se ha usado en las simulaciones se
p esen a en la Figu a 4.1:
+
−
Vba C1
+
−
VC1
RLL
iL
S2
S1
C2
+
−
VC2RO
Swi ch
+
−Vbus
Figu a 4.1 Ci cui o buck-boos bidi eccional.
Es e ci cui o es, en esencia, el mismo que el de la Figu a 3.6, con la di e encia de que se ha añadido una
esis encia en se ie con la induc ancia, pa a simula la esis encia in e na de dicho componen e. Además, se
ha añadido un in e up o , que se conside a ideal, enca gado de conec a y desconec a una uen e de ensión
con inua, que simula una conexión con la uen e de ene gía eno able, que bien pod ía se un panel sola .
De es a o ma, cuando el in e up o es á ce ado se conside a que la ba e ía es á ca gándose y el ci cui o
unciona en modo buck, mien as que cuando el in e up o se ab e, la ba e ía se desca ga, y el ci cui o ope a
en modo boos .
Como ya se ha comen ado an e io men e, exis en nume osas con igu aciones de con olado es pa a es e
ipo de ci cui os. En es e caso, se ha op ado po implemen a un doble lazo de con ol que pe mi a ges iona
an o la co ien e como la ensión.
Figu a 4.2 Esquema de con ol.
El con olado in e no se enca ga de egula la co ien e que luye a a és del induc o , mien as que el
19
20 Capí ulo 4. Algo i mo de con ol
con olado ex e no se enca ga de egula la ensión en el condensado , que en modo boos se á
C2
y en modo
buck se á
C1
. El p incipal mo i o de elección de es e doble lazo es que pe mi e una espues a más obus a
an e pe u baciones en la ca ga o en la ensión de en ada.
En cuan o a la na u aleza de cada con olado , se ha decidido implemen a un PI pa a odos los casos.
El hecho de no usa un PID se debe a que, debido a la ápida dinámica del ci cui o, el é mino de i a i o
pod ía ampli ica el uido, lo que pod ía lle a a un compo amien o ines able del sis ema. Además, el uso
de un con olado PI pe mi e una implemen ación más sencilla y menos cos osa en é minos de ecu sos
compu acionales.
En cuan o al ajus e de pa áme os, esul a complejo dada la no linealidad del ci cui o y ambién del con ol,
que al in y al cabo se á una señal digi al que se in oduce a los in e up o es. Aun así, se ha decidido usa el
mé odo del luga de las aíces, a a és de l ool de Ma lab, pa a ob ene una idea del o den de magni ud
de los mismos. Se á necesa io pa a es o ob ene las unciones de ans e encia signi ica i as del ci cui o,
equi alen es a los bloques
G1
y
G2
de la Figu a 4.2. Dada la complejidad de la a ea, se ha descompues o el
p oblema en di e en es pa es, has a que se ha llegado a los pa áme os adecuados pa a con ola el ci cui o
comple o.
4.1 Rep esen ación en espacio de es ados
En p ime luga se han sacado las ecuaciones di e enciales que igen el compo amien o del ci cui o, simple-
men e aplicando las leyes de Ki cho . Es as ecuaciones pe mi en ob ene una ep esen ación en espacio de
es ados del sis ema, que es la o ma más adecuada pa a implemen a un con olado con salida digi al.
˙
x=Ax+Bu
x=iL
VCnn=1,2
u=Snn=1,2
Se de alla á a con inuación el p ocedimien o seguido has a ob ene dicha ep esen ación, pa a ambos
modos de uncionamien o del ci cui o.
4.1.1 Modo boos
En es e modo, el in e up o se encuen a abie o, de o ma que la uen e de ensión que se co esponde ía con
la suminis ada po la uen e eno able queda desconec ada, y es p eciso man ene la ensión en el bus de
con inua. Nos encon amos an e dos posibles ci cui os en unción de la posición del in e up o
S1
(
S2
no se
con ola en es e caso, sino que siemp e se á el negado de S1):
+
−
Vba C1
+
−
VC1
RLL
iL
C2
+
−
VC2RO
Figu a 4.3 Esquema pa a S1=0.
4.1 Rep esen ación en espacio de es ados 21
LdiL
d +RL·iL+VC2=Vba
C2
dVC2
d +VC2
R0
=iL
+
−
Vba C1
+
−
VC1
RLL
iL
C2
+
−
VC2RO
Figu a 4.4 Esquema pa a S1=1.
LdiL
d +RL·iL=Vba
C2
dVC2
d =−VC2
R0
De odas es as exp esiones se ob iene la siguien e ep esen ación:
"diL
d
dVC2
d #="−RL
L−1−u
L
1−u
C2−1
R0C2#iL
VC2+Vba
L
0
Se puede obse a que la ma iz A depende de la en ada
u
, que es en es e caso
S1
. De es e hecho se deduce
que el sis ema es no lineal. Sin emba go, podemos conside a lo lineal si se ope a en o no a un pun o de
equilib io. Es e pun o se ob iene al esol e el sis ema de ecuaciones, conside ando es ado es aciona io del
ci cui o ( ˙
iL=˙
VC2=0):







0=−RL
LIE−1−UE
LVE+Vba
L(4.1)
0=1−UE
C2
IE−1
R0C2
VE(4.2)
(4.2) 1−UE=VE
IE·R0
→UE=1−VE
IE·R0
(4.3)
(4.1) + (4.3) −RLIE−V2
E
IER0
+Vba =0→RLR0I2
E+V2
E−Vba R0IE=0(4.4)
(4.4) IE=
Vba R0±q(Vba R0)2−4·RLR0V2
E
2RLR0
(4.5)
Con es e desa ollo, se conocen los alo es de
IE
y
UE
, pa a un alo ijado de
VE
, que en es e caso es
la ensión espe ada en el bus de con inua. La linealización del sis ema se ealiza en o no a es e pun o de
equilib io, de o ma que las a iables con ba a (
¯x
) son a iables que indican la di e encia con es e (
¯x=x−XE
).
22 Capí ulo 4. Algo i mo de con ol
Teniendo es o en cuen a, se ob iene el modelo linealizado del sis ema:







d¯
IL
d +RL
L
¯
IL+1−UE
L
¯
VC2−VE
L
¯
U=0(4.6)
d¯
VC2
d +
¯
VC2
R0C2
+UE−1
C2
¯
IL+IE
C2
¯
U=0(4.7)
A con inuación, se e ec úa la ans o mada de Laplace a las ecuaciones (4.6) y (4.7):
sIL+RL
LIL+1−UE
LVC2−VE
LU=0→IL(s+RL
L) = −1−UE
LVC2+VE
LU(4.8)
U(s) = L
VE
(s+RL
L)IL+1−UE
VE
VC2(4.9)
sVC2+VC2
R0C2
+UE−1
C2
IL+IE
C2
U=0→VC2(s+1
R0C2
) = 1−UE
C2
IL−IE
C2
U(4.10)
VC2(s) =
1−UE
C2IL−IE
C2U
(s+1
R0C2)(4.11)
Finalmen e, ob enemos G1uniendo (4.9) y (4.11), y G2uniendo (4.8) y (4.10):
G1(s) = IL(s)
U(s)=VEC2s+(VE
R0+IE(1−UE))
LC2s2+(RLC+L
R0)s+(RL
R0−(1−UE)2)
G2(s) = VC2(s)
IL(s)=−sIEL
VEC2+(1−UE
C2+RLIE
C2VE)
s+( 1
R0C2+IE
C2VE(1−UE))
4.1.2 Modo buck
En es e modo, el
Swi ch
de la Figu a 4.1 se encuen a ce ado, de o ma que la uen e de ensión del bus de
con inua, que ep esen a la uen e de ene gía eno able, queda conec ada al ci cui o. En es e caso, el lazo de
con ol se emplea pa a e ec ua la ca ga de la ba e ía. Nos encon amos an e dos posibles ci cui os en unción
de la posición del in e up o S1:
+
−
Vba C1
+
−
VC1
RLL
iL
C2
+
−
VC2RO
+
−Vbus
Figu a 4.5 Esquema pa a S2=0.
LdiL
d +RL·iL=−VC1
C1
dVC1
d +VC1
Rin
=iL
4.1 Rep esen ación en espacio de es ados 23
+
−
Vba C1
+
−
VC1
RLL
iL
C2
+
−
VC2RO
+
−Vbus
Figu a 4.6 Esquema pa a S2=1.
LdiL
d +RL·iL+VC1=Vbus
C1
dVC1
d +VC1
Rin
=iL
Pa a es e modo educ o se obse an dos g andes di e encias con espec o al caso del ele ado . En es e
caso no se iene esis encia de ca ga, sino que se conside a
Rin
, que simboliza la esis encia in e na de la
ba e ía, siemp e de meno alo . Además, el sen ido de la co ien e en la bobina es el con a io, ya que pa a
ca ga la ba e ía la co ien e debe en a le. Con es o, y habiendo sacado las ecuaciones en unción de la
posición del in e up o , se ob iene la ep esen ación buscada:
"diL
d
dVC1
d #="−RL
L−1
L
1
C1−1
Rin C1#iL
VC2+Vbus
L
0u
En es e caso, la ma iz A es independien e de la en ada, po lo que es e sis ema es lineal. Sin emba go, y
al igual que en el caso an e io , se calcula el es ado de equilib io que nos se i á como base de e e encia
pa a el con ol del sis ema:







0=−RL
LIE−VE
L+Vbus
L(4.12)
0=IE
C1
−VE
Rin C1
(4.13)
(4.13) IE=VE
Rin
(4.14)
(4.12) + (4.14) RL
Rin ·LVE+VE
L=Vbus
LUE→UE=VE
Vbus
(1+RL
Rin
)(4.15)
Una ez ob enidas es as ecuaciones, podemos conoce el es ado de equilib io pa a un alo ijado de
VE
,
que se co esponde con la ensión espe ada en la ba e ía. A con inuación, se e ec úa la ans o mada de
Laplace a las ecuaciones (4.12) y (4.13):
sIL=−RL
LIL−1
LVC1+Vbus
LU→IL(s+RL
L) = −VC1
L+Vbus
LU(4.16)
sVC1=IL
C1
−VC1
Rin C1
→VC1(s+1
Rin C1
) = IL
C1
(4.17)

24 Capí ulo 4. Algo i mo de con ol
A pa i de (4.16) y (4.17) se ob iene G1(s), mien as G2(s)se ex ae únicamen e de (4.16):
G1(s) = IL(s)
U(s)=VbusRin C1s+Vbus
Rin C1Ls2+(L+RLRin C1)s+RL+Rin
G2(s) = VC1(s)
IL(s)=Rin
Rin C1s+1
4.2 Ajus e de pa áme os
La he amien a l ool de Ma lab pe mi e selecciona una a qui ec u a de con ol de en e a ias opciones
disponibles. Po sue e, el doble lazo es una de ellas, lo que acili a el abajo de ajus e.
Figu a 4.7 A qui ec u as disponibles.
Una ez de inidas las unciones de ans e encia
G1
y
G2
, se mues an a ias pan allas con las que se
pueden ajus a los pa áme os de cada con olado .
4.2 Ajus e de pa áme os 25
Figu a 4.8 Ven ana de l ool.
Como se obse a en la imagen, se pueden mo e los pun os de cada con olado , que se co esponden
con los polos y ce os de cada uno de ellos. A medida que se posiciona cada pun o, se obse a en la g á ica
de la de echa cómo se ía la espues a del sis ema an e una en ada en escalón, y clicando en el con olado
co espondien e se pueden obse a los pa áme os, que se pueden ajus a an o manualmen e (in oduciendo
un alo conc e o) como au omá icamen e (con el mo imien o de los pun os).
Pa a el ajus e de los pa áme os de cada modo se ha añadido un in eg ado y un ce o en cada con olado , y
dado que la ganancia se ajus a au omá icamen e en base a la localización de los polos del sis ema, se cons uye
de es a o ma la a qui ec u a de un PI. Una ez hecho es o, se ha ido ocando cada uno de los con olado es
has a consegui una espues a sin e o en égimen pe manen e, con un iempo de es ablecimien o bajo y sin
sob eoscilación. Es os obje i os se han conseguido pa a ambos modos de uncionamien o, conside ados los
pa áme os ajus ados de la Tabla 3.1.
Figu a 4.9 Resul ado del ajus e del modo boos .
26 Capí ulo 4. Algo i mo de con ol
Figu a 4.10 Resul ado del ajus e del modo buck.
La ealidad es que los pa áme os esul an es de es e ajus e no o ecen la espues a que se obse a en la
g á ica de la de echa, pues o que esa se co esponde con una en ada en escalón, y no con una en ada digi al
a al a ecuencia. Así, pa iendo de los alo es ob enidos se han ido a iando manualmen e has a consegui
una espues a más adecuada.
Tabla 4.1 Pa áme os de los con olado es.
Pa áme o Valo ob enido Valo ajus ado
Kp 01.083 -0.8
Ki 06.5 6
Kpi00.07 -7
Kii02 30
Kp 15.7248 10.7248
Ki 11 6.2
Kpi122.358 22.358
Kii110 0.4
Cabe des aca que es os alo es se co esponden con la o ma ideal del PI, es deci ;
C(s) = Kp(1+Ki
s)
Además, se obse an alo es nega i os pa a el modo boos (
Kx1
), que son necesa ios pa a consegui una
espues a que compense el ce o de ase no mínima del sis ema en es e modo.
Finalmen e, ambién se han ajus ado los con olado es pa a los componen es del equipo eal. Es e ajus e se
ha hecho pa iendo de los an e io es alo es pa a los componen es en simulación, pensando que al unciona
de es a o ma ambién unciona ía en el equipo eal. Sin emba go, se obse a que de nue o la espues a no es
la espe ada, po azones como la no linealidad que queda sin modela se en la unción de ans e encia, así
como el uncionamien o en ocasiones muy lejos del pun o de ope ación u ilizado pa a linealiza . Po odo
ello se op ado po un nue o ajus e manual, siendo el esul ado el de la Tabla 4.2.
4.2 Ajus e de pa áme os 27
Tabla 4.2 Pa áme os de con olado es pa a el equipo eal.
Pa áme o Valo ajus ado
Kp 00.1
Ki 0100
Kpi01
Kii0100
Kp 10.01
Ki 110
Kpi10.5
Kii110
En es e caso, los pa áme os se co esponden a la o ma pa alela del con olado , es deci ;
C(s) = Kp+Ki
s
Se ha cambiado la o ma po el ipo de bloque que se ha usado en Simulink, aspec o en el que se en a á más
adelan e. Es e hecho p o oca ambién que se haya op ado po cambia el signo al e o de ensión, en luga
de cambia el signo a los pa áme os del con olado del modo boos , lo que explica que no sean nega i os en
es e caso.
34 Capí ulo 5. Análisis de esul ados - Simulación
Figu a 5.9 Resul ados de la pe u bación en modo boos .
En las g á icas de la Figu a 5.9 se obse a cómo la ensión del condensado 2 se egula ápidamen e as
los cambios de e e encia, con un izado de menos de 0.1V, y solo con un pequeño pico en =1s. Po su pa e,
la co ien e sí p esen a picos más g andes en los momen os de cambio, aunque se es abiliza ápidamen e al
nue o alo . A medida que aumen amos el alo de e e encia, la co ien e aumen a, po lo que la pendien e
de desca ga ambién lo hace (segundo amo de la g á ica del SOC). Cuando se disminuye es a ensión, se
obse a una pendien e meno como e a de espe a .
Pa a el modo buck, ealiza una a iación en la ensión de e e encia no es posible, dado que las co ien es
de e e encia que se alcanzan hacen que el ci cui o sa u e y el e o del con olado no hace más que aumen a .
Pa a hace algo pa ecido, se ha op ado po elimina el con ol en ensión, que es el que p o oca es as
in ensidades an g andes. De es a o ma, la pe u bación se ha ealizado a iando di ec amen e la co ien e
de e e encia. De nue o, se ha al e ado el con ol pa a hace es o posible:
(a) Diag ama de con ol.
(b) De alle de los cambios de e e encia.
Figu a 5.10 Modi icaciones en el con ol pa a la pe u bación en modo buck.

5.3 Resul ados 35
Y de nue o, se obse a la espues a as una simulación de 3 segundos:
Figu a 5.11 Resul ados de la pe u bación en modo buck.
Si se obse a la co ien e en la bobina, se e que as las pe u baciones la ac uación del con olado es
p ác icamen e inmedia a, y en es e caso los picos no son ap eciables ya que son más pequeños que el izado.
Se ha incluido la ensión en el condensado 1, pese a que no se es á con olando, la cual aumen a en los dos
p ime os amos de la g á ica, siendo la pendien e mayo en el segundo po pedi una co ien e mayo . Sin
emba go, en el e ce amo la ensión disminuye, aunque no iene mucho sen ido debido a que la co ien e
sigue siendo nega i a. En la g á ica del es ado de ca ga de la ba e ía se comp ueba cómo la pendien e de
ca ga es mayo cuando la co ien e es más nega i a, y ice e sa.
Finalizado es e análisis de esul ados en simulación, se ha comp obado que la solución p opues a cumple
con los equisi os es ablecidos en el diseño. Queda comp oba si es os esul ados se ob end ían en un banco
de p uebas (bench-ma k) del depa amen o de Ingenie ía de Sis emas y Au omá ica. En el p óximo capí ulo
se analiza á es o mismo pa a un caso eal, pudiendo así saca las conclusiones inales.
6 Análisis de esul ados - Equipo eal
E
l obje i o inal de es e abajo es la implemen ación del con e ido en un sis ema eal, de o ma que pueda
comp oba se su uncionamien o en condiciones en las que exis a uido y o as pe u baciones que puedan
a ec a al endimien o del sis ema. Aunque ya se ha comp obado en el capí ulo an e io que el con e ido
unciona en simulación, en es e capí ulo se ealizan nue amen e las simulaciones pe inen es con los alo es
de componen es disponibles, es a ez con el ci cui o mon ado en o o so wa e, pa a p e eni posibles allos
que puedan daña los equipos.
6.1 Modelo pa a simulación
Como paso p e io a la implemen ación de los con olado es en un bench-ma k del labo a o io del depa a-
men o de Ingenie ía de Sis emas y Au omá ica, se ha implemen ado el con olado y el ci cui o en Simulink
u ilizando la Toolbox del so wa e Plecs. En es e caso, el a chi o de Simulink no se ha c eado desde ce o,
sino que se ha hecho uso de un ejemplo es ánda con una es uc u a conc e a p opo cionado po Impe ix,
que es la emp esa que ab ica los disposi i os u ilizados pa a la implemen ación del c icui o ha dwa e. Es e
modelo incluye bloques especí icos que pe mi en ejecu a el a chi o en modo simulación ( omando ensiones
y co ien es del modelo en Plecs) o en modo eal ( omando las señales di ec amen e de los equipos), que
unciona compilando el p og ama y pasándoselo al disposi i o p incipal.
Así, el aspec o del a chi o se mues a en la Figu a 6.1:
Figu a 6.1 Visión p incipal del modelo gené ico.
En es e esquema de ealimen ación clásico, la plan a p opo ciona los alo es de ensiones y co ien es del
ci cui o, bien po simulación o po los equipos, mien as que el con olado se enca ga de ealiza el PWM en
37
38 Capí ulo 6. Análisis de esul ados - Equipo eal
base a ellos.
(a) Selección de modo. (b) En adas y salidas del modo simulación.
Figu a 6.2 Vis a de allada de la plan a.
En cuan o al ci cui o, los expe imen os se han ealizado en dos di e en es, po acili a nos el abajo en el
labo a o io e i inc emen ando la complejidad de los expe imen os con ce eza de que el ci cui o unciona en
ases an e io es más sencillas.
Figu a 6.3 Ci cui o impo ado pa a la simulación (sin in e up o ).
Como puede obse a se, el ci cui o es lige amen e di e en e al analizado en el apa ado an e io . Es o se
debe a que el modelo de Plecs no con iene un bloque especí ico de ba e ía, de o ma que se ha op ado po
un modelo de uen e de ensión ideal. Además, po el hecho de no ene esis encia in e na, se incluye una
esis encia en pa alelo que se ac i a en modo de ca ga, simulando la demanda de co ien e de la ba e ía.
Po o o lado, se han omi ido los in e up o es ideales que desconec a ían la uen e de mayo ensión y que
conec a ía la esis encia de ca ga en modo boos . Es o se ha hecho po la di icul ad añadida que supone en el
ci cui o eal desconec a la uen e de mane a au omá ica, aunque sí que se ha á en el ci cui o siguien e.
6.1 Modelo pa a simulación 39
Figu a 6.4 Ci cui o impo ado pa a la simulación (con in e up o ).
Se comp ueba que ambos ci cui os son iguales, solo que en es e sí que se ges iona la desconexión de la
uen e. La esis encia de ca ga se ha man enido en pa alelo, igualmen e po la di icul ad de desconec a es e
elemen o del ci cui o eal. Sin emba go, en es e caso sí que se man end á de es a o ma en los expe imen os,
ya que el impac o que iene es pequeño y lo compensa el con olado .
Cabe des aca de ambos modelos que no es necesa io el uso de medido es de co ien e o ensión, pues el
p opio so wa e p opo ciona es a in o mación in e namen e en el bloque P obe. También los in e up o es
es a ez son un bloque especí ico de Impe ix, al que solo le en a una señal digi al, y el p opio bloque la
ges iona pa a asigna a un in e up o esa señal, y al o o la negada. Po úl imo, es impo an e señala que en
es e caso si el lujo de po encia a de izquie da a de echa, el ci cui o unciona ía en modo buck, que es al
con a io que en las an e io es simulaciones. Es o hace que el alo del Swi ch sea el con a io, aunque el
uncionamien o es el mismo.
Po su pa e, ace ca del apa ado de con ol, se man iene la es uc u a de las pasadas simulaciones, solo que
se han usado bloques de Impe ix pa a pode compila el p og ama y isualiza los esul ados en un so wa e
especí ico del ab ican e, como es Impe ix Cockpi . A con inuación se de alla cada pa e de es e apa ado:
Figu a 6.5 En adas al con olado .
El bloque de la esquina supe io izquie da de la Figu a 6.5 pe mi e ejecu a el p og ama en modo simulación
o en modo de gene ación de código (pa a abaja con el equipo eal). Los bloques conec ados al "demux"
de en ada oman los alo es de ensiones y co ien es del ci cui o en Plecs (en ada "sim") o del equipo
eal (en ada "ADC") en unción del modo de ejecución an e io . Las e ique as pequeñas con bo de ojo

40 Capí ulo 6. Análisis de esul ados - Equipo eal
son a iables medibles en el so wa e del ab ican e. El cambio de signo a la co ien e iene dado po la
e e sibilidad del modelo, que hace que el senso de co ien e de la placa eal ome un alo nega i o.
O o aspec o, que esul a necesa io pa a la conmu ación au omá ica de a iables en unción del modo de
ucionamien o, es el conjun o de selec o es:
Figu a 6.6 Selección de a iables.
Po su pa e, el esquema de con ol es p ác icamen e idén ico al del Capí ulo 5
Figu a 6.7 Con olado .
6.1 Modelo pa a simulación 41
Como se comen ó en el capí ulo de ajus e de con olado es, los bloques que o man los con olado es lo
hacen en o ma "pa alelo", y ambién se habló ace ca de la p e e encia de usa exclusi amen e pa áme os
posi i os, de ahí que en modo boos se le cambie el signo al e o . También se comp ueba cómo el bloque
PWM gene a una señal doble pa a los dos in e up o es, de o ma que e i a o ma el negado manualmen e.
Pese a se es e el esquema gene al de con ol, ha sido necesa io ealiza pequeños ajus e del uncionamien o
basado en el modelo conside ado en cada expe mien o. Pa a el ci cui o de la Figu a 6.3, se obse a que en
modo boos no es necesa io egula la ensión de salida, pues ya iene impues a po la uen e, que en es e caso
no se desconec a nunca. Po es a azón, en es e modo únicamen e se conside a con ol de co ien e. Además,
pa a que se ealice un co ec o seguimien o de la consigna impues a en es e modo, se ha omi ido la suma de
la co ien e de equilib io, de o ma que es el con olado de ensión el que se enca ga de p opo ciona la
co ien e de e e encia en el o o modo.
Figu a 6.8 Ajus e pa a el ci cui o sin in e up o .
En el ci cui o de la Figu a 6.4, sin emba go, sí que es necesa io egula esa ensión, po lo que se deja el
esquema o iginal. En es e caso es necesa io ges iona el in e up o que se usa pa a desconec a la uen e, y
eso se hace con las siguien es conexiones:
Figu a 6.9 Ajus e pa a el ci cui o con in e up o .
Con odo es o con igu ado, ealizando los ajus es necesa ios según el ci cui o que es é mon ado en cada
caso, se es a ía en condiciones de ealiza las p uebas pe inen es.
42 Capí ulo 6. Análisis de esul ados - Equipo eal
6.2 Resul ados del modo simulación
El in de es os esul ados es comp oba el co ec o uncionamien o del con e ido en es e nue o en o no de
simulación y ob ene un mayo índice de segu idad del co ec o uncionamien o de los expe imen os. No se
p e ende p o undiza mucho en es as simulaciones ya que se han ealizado en el capí ulo an e io y no ienen
mucho in e és sin el es ado de ca ga de la ba e ía, que no puede ep esen a se en es os casos po ca ece
de un bloque especí ico de es e elemen o. De es a o ma, es as simulaciones sólo nos se i án de base pa a
eliza los expe imen os en el equipo eal, con el que sí que se p e ende ealiza un análisis más exhaus i o.
Siguiendo el o den lógico de di icul ad en el con ol, se mues an a con inuación los esul ados de la
simulación co espondien e al ci cui o de la Figu a 6.3:
Figu a 6.10 Resul ados de la simulación del ci cui o sin in e up o .
Se obse a una espues a adecuada, con un iempo de es ablecimien o pequeño y un izado p ác icamen e
desp eciable. Sin emba go, en =1s se obse a un pico de co ien e de a ios ampe ios que p o oca un pico
en la ensión. No se ha ep esen ado la ensión en el condensado
C2
debido a que en es e modelo, esa ensión
queda siemp e alimen ada po la uen e.
A con inuación se mues an los esul ados del ci cui o de la Figu a 6.4:
6.3 Equipos del labo a o io 43
Figu a 6.11 Resul ados de la simulación del ci cui o con in e up o .
Se obse an unas g á icas muy pa ecidas a las an e io es, con izado p ác icamen e desp eciable y un
iempo de es ablecimien o muy pequeño.
Ace ca de los picos de ensión y co ien e que se obse an, en ambas simulaciones, posiblemen e pod ían
elimina se ajus ando los pa áme os de los con olado es, aunque no se ha conside ado necesa io en es e
caso, ya que se comp oba á más adelan e que en el ci cui o eal no se p oducen esos picos an g andes con
los mismos pa áme os.
6.3 Equipos del labo a o io
Pa a lle a a cabo los expe imen os se han usado una se ie de equipos de Impe ix. El disposi i o p incipal que
ges iona las en adas y salidas del ci cui o es la B-Box, un sis ema de con ol de p o o ipos de al a elocidad
pa a aplicaciones elec ónicas. O o elemen o undamen al pa a el mon aje del ci cui o es la caja de elemen os
pasi os que o ece el mismo ab ican e como complemen o. Conec ando sus e minales a los del ci cui o se
pueden ealiza los expe imen os de o ma sencilla, ya que no es necesa io solda los componen es.
(a) B-Box.(b) Caja de elemen os pasi os.
Figu a 6.12 De alle de la B-Box y de la caja de elemen os pasi os.
Los elemen os pasi os necesa ios pa a mon a el ci cui o ienen dados po el an e io disposi i o, sin
emba go, la esis encia de ca ga se iene que apo a po o o lado. La que se ha usado en es e caso es de
47Ω, que es el alo más ce cano al que se había pensado inicialmen e.
50 Capí ulo 6. Análisis de esul ados - Equipo eal
Figu a 6.24 Ven ana de Impe ix Cockpi .
Una ez ob enido el esul ado espe ado en es os p ime os expe imen os, lo siguien e es comp oba el
uncionamien o del mismo ci cui o conec ando la ba e ía. Pa a ello, como se mues a en la Figu a 6.17, se
emplean dos uen es de alimen ación, una de 48V en modo ideal, y o a de 24V en modo ba e ía.
6.5.2 Ensayos en ci cui o sin in e up o
Aco de al so wa e que usamos pa a manipula los pa áme os de la ba e ía, es necesa io coloca a ias
pequeñas ba e ías en se ie pa a alcanza la ensión de 24V. Además, es a ensión es la nominal, que a ía en
unción del es ado de ca ga y de la salud de la ba e ía, de o ma que ha sido necesa io ajus a odo es o pa a
pode o ece una ensión ce cana a la espe ada en odo momen o.

6.5 Resul ados en el ci cui o eal 51
Figu a 6.25 Con igu ación del módulo de ba e ía.
De nue o, p oba emos el uncionamien o del ci cui o en modo boos , es a ez con la no edad de que
pod emos e cómo la ba e ía se desca ga. Pa a es e ci cui o sólo se conec a la uen e que es á en modo
ba e ía, pues o que la ensión que da ía la uen e ideal es p ecisamen e la que que emos egula . El p opio
so wa e de la ba e ía pe mi e isualiza en iempo eal cie as a iables elacionadas con al elemen o. Es os
alo es son mucho menos p ecisos que los que nos o ece Cockpi , pe o no enemos o a o ma de ob ene los
da os del es ado de ca ga.
Figu a 6.26 In e az del so wa e de la ba e ía.
A con inuación se mues an ales esul ados de una mane a más o denada. Dado que an o la co ien e
como las ensiones son cons an es du an e odo el ensayo, se ha ep esen ado únicamen e su alo en una
en ana de 1s:
52 Capí ulo 6. Análisis de esul ados - Equipo eal
Figu a 6.27 Resul ados del ensayo en modo boos con ba e ía.
Se obse a que el es ado de ca ga disminuye con el iempo. La co ien e es cons an e en odo momen o, lo
que indica que la ensión
VC2
se man iene cons an e en o no a la e e encia. Po su pa e, la ensión de la
ba e ía, que no se egula en es e modo, se encuen a a una ensión supe io a 24V en p omedio.
Pasando al modo buck, aho a sí que conec amos an o la ba e ía como la uen e ideal de 48V:
Figu a 6.28 Resul ados del ensayo en modo buck con ba e ía.
Puede comp oba se en es e caso que, dado que se es á egulando la ensión
VC1
en o no a 24V, la co ien e
no es cons an e. La ensión de la ba e ía iende a aumen a a medida que aumen a el po cen aje de ca ga, po
ello la co ien e se opone a es e c ecimien o cambiando su alo . Es a pa icula idad en la co ien e hace que
el es ado de ca ga, aunque en cons an e aumen o, ea su pendien e educida con el paso del iempo.
Como ya se había comen ado as las simulaciones del Capí ulo 5, quizás iene más sen ido en es e caso no
con ola la ensión de la ba e ía, sino la co ien e de ca ga. Sin emba go, se ha que ido p oba es o en el
sis ema eal pa a e si e a posible. T as ello, se p ocede a ealiza el ensayo con la consigna en co ien e
(equi alen e a la simulación de la Figu a 6.10):
6.5 Resul ados en el ci cui o eal 53
Figu a 6.29 Resul ados del ensayo en modo buck con ba e ía y co ien e de e e encia.
Pa a es e ensayo se ha ijado la co ien e de e e encia en -10A. Además, se ha pa ido desde un es ado de
ca ga dis in o que gene a una ensión de 21.5V, y dado que se ha eliminado el con ol de ensión, es a ensión
c ece con inuamen e a medida que aumen a el po cen aje de ca ga, de o ma que en égimen pe manen e
iene un 8.33% de e o .
6.5.3 Ensayos en ci cui o con in e up o
Pa a acaba con los expe imen os, pasamos al ci cui o con el in e up o , que es en ealidad el ci cui o
comple o y el que nos pe mi e ealiza la conmu ación en e ca ga y desca ga en el mismo ensayo. Se ealizan
dos conmu aciones a cada modo de uncionamien o pa a comp oba que la espues a del sis ema es adecuada
an e los cambios en ambos sen idos. En es os ensayos se ha man enido el algo i mo de con ol o iginal, con
con ol de ensión en ambas di ecciones, y los esul ados se mues an en la Figu a 6.30.
Figu a 6.30 Resul ados del ensayo del ci cui o con in e up o .
En es e ensayo en pa icula se han cap u ado los alo es de
IL
,
VC1
y
VC2
con una unción de Cockpi que
54 Capí ulo 6. Análisis de esul ados - Equipo eal
nos pe mi e gua da los alo es del ansi o io, mien as que el es ado de ca ga se ha omado del so wa e de
la ba e ía. El iempo en los p ime os da os se oma en base a la ho a del expe imen o, como puede e se en el
eje x de la Figu a 6.26, mien as que en el es ado de ca ga se gua da en segundos. Es o explica que en el
eje x de es a úl ima g á ica, el iempo no coincida con el de las o as, aunque sí que co esponden al mismo
ensayo, como puede e se en la Figu a 6.31.
Figu a 6.31 Resul ados del ensayo del ci cui o con in e up o en el so wa e de la ba e ía.
Como puede e se en las g á icas de la Figu a 6.30, cuando la co ien e es á a iando signi ica que se
es á con olando la ensión
VC1
, y
VC2
queda impues a po la uen e ideal, que pese a es ablece se en 48V, en
ealidad se miden unos 48.3V. En el momen o en que se cambia el es ado del in e up o ex e no, la co ien e
se hace cons an e (aunque se obse a un pico de unos 3A) y es
VC2
la que se egula, mien as que
VC1
queda
impues a po la ba e ía, con un alo algo meno de 24V. El es ado de ca ga es cohe en e con el modo de
uncionamien o en cada momen o, siendo la pendien e posi i a en modo buck (co ien e a iable) y nega i a
en modo boos (co ien e cons an e).
7 Conclusiones
P
a a culmina es e abajo, se p esen an las conclusiones ex aídas a pa i de los esul ados ob enidos en
el desa ollo del p oyec o.
7.1 Obje i os alcanzados
El ci cui o p opues o ha cumplido exi osamen e con la me a de ges iona el lujo de po encia en un sis ema
bidi eccional. En conjun o con el algo i mo de con ol implemen ado, se ha log ado la egulación de la
ensión de salida del con e ido pa a ambos modos de ope ación, a la ez que se ha ca gado y desca gado la
ba e ía. Además, se ha demos ado la obus ez de la solución an e a iaciones en la e e encia y en la ensión
de en ada.
La implemen ación del ci cui o en el equipo eal ha pe mi ido alida odo aquello que se había simulado
p e iamen e en el Capí ulo 5. Es a úl ima pa e del abajo ha e idenciado la impo ancia de ealiza p uebas
en un en o no eal, ya que se han p esen ado di e encias signi ica i as en e los esul ados ob enidos en
simulación y los medidos en el labo a o io. Pese a con a con p og amas del p opio ab ican e de los equipos
que ace can mucho la simulación a la ealidad, ha habido que ajus a los pa áme os de con ol pa a que el
ci cui o unciona a co ec amen e, an o en simulación como en el labo a o io. De hecho, es a pa e del ajus e
ha sido la más labo iosa del abajo, debido a nume osos e ec os no lineales del con e ido bidi eccional no
modelados en la unción de ans e encia con la que se ealizó el diseño del con olado . Es e hecho se ha
aducido en la necesidad de ealiza un g an núme o de p uebas, muchas de ellas e minando en e o es po
habe sal ado las p o ecciones de los equipos como consecuencia de g andes sob eoscilaciones.
Pese a odo ello, puede deci se que el p oyec o ha cumplido con odos los obje i os que se habían ins au ado
al inicio, supe ando incluso las expec a i as en alguno de ellos. G acias a es o, se puede de e mina que se
dispone de un ci cui o capaz de ges iona el lujo de ene gía en una mic o ed de au oconsumo.
7.2 T abajo u u o
Pese a que se es á sa is echo con el abajo ealizado, siemp e hay aspec os que se pueden mejo a , o de alles
en los que pod ía p o undiza se. En es e sen ido, se han plan eado una se ie de abajos u u os que pod ían
lle a se a cabo pa a mejo a el sis ema p opues o. Algunos de ellos son:
•
El con e ido se ha p obado con una sola ba e ía y una uen e. Gene almen e, en una mic o ed eal
hab ía a ias uen es co espondien es a di e en es sis emas de gene ación eno able, a la ez que
hab ía dis in os pun os que se conec a ían a la ensión del bus de con inua. De es a o ma, pod ía
in eg a se el sis ema en una mic o ed con a ios consumido es y gene ado es, pa a así e alua su
endimien o en un en o no más ealis a.
•
Pod ía implemen a se un sis ema de con ol p edic i o, que pe mi a an icipa se a los cambios en la
ca ga y en la gene ación en base a los da os his ó icos, po ejemplo de las ho as pun a de consumo o
55

56 Capí ulo 7. Conclusiones
gene ación, y adap a el modo de uncionamien o en base a ello.
•
A pa i de la an e io idea su ge la necesidad de implemen a un lazo de con ol pa a el es ado de
ca ga de la ba e ía, que pe mi a man ene la en un ango óp imo de uncionamien o. Es o pod ía hace se
median e un algo i mo de con ol que ajus e la po encia de ca ga o desca ga en unción del es ado de
ca ga ac ual y el deseado.
•
También pod ía a ianza se únicamen e el con ol en co ien e en modo buck, conside ando que la
alimen ación del ci cui o se oma del bus de con inua. Es a pa icula idad necesi a ía que cada pun o
de la mic o ed gene ase una co ien e de e e encia óp ima pa a su si uación pa icula , ya que de ello
depende ía el i mo de ca ga de su ba e ía.
Es as son solo algunas ideas que pod ían con ibui en hace del p oyec o una solución mucho más
compe en e en cuan o a una mico ed eal. De es a o ma, pod ía incluso pensa se en la posibilidad de
come cializa el sis ema, o de implemen a lo en un en o no eal que se ajus e a las ca ac e ís icas en las que
se ía capaz de unciona . En cualquie caso, se plan ean como mejo as in e esan es que pod ían lle a se a
cabo en un u u o pa a en iquece el abajo.
Índice de Figu as
1.1 Esquema gene al de una mic o ed 2
3.1 Esquema del con e ido educ o 7
3.2 Esquema del con e ido ele ado 8
3.3 Esquema del con e ido educ o -ele ado 8
3.4 Esquema del con e ido cuk 8
3.5 Esquema del con e ido sepic 8
3.6 Esquema del con e ido educ o ele ado bidi eccional 9
3.7 Con e ido ele ado 10
3.8 G á icas de in e és pa a S1=111
3.9 G á icas de in e és comple as 12
3.10 Con e ido educ o 13
3.11 G á icas de in e és pa a S2=114
3.12 G á icas de in e és comple as 15
4.1 Ci cui o buck-boos bidi eccional 19
4.2 Esquema de con ol 19
4.3 Esquema pa a S1=020
4.4 Esquema pa a S1=121
4.5 Esquema pa a S2=022
4.6 Esquema pa a S2=123
4.7 A qui ec u as disponibles 24
4.8 Ven ana de l ool 25
4.9 Resul ado del ajus e del modo boos 25
4.10 Resul ado del ajus e del modo buck 26
5.1 Modelo del ci cui o en Simulink 29
5.2 Con igu ación del bloque de ba e ía 30
5.3 Bloque de cambio de alo es 30
5.4 Es uc u a de con ol 31
5.5 De alle de bloques de con ol 31
5.6 Fo mas de selección de modo de ope ación del con e ido 32
5.7 Resul ados de la simulación 32
5.8 Modi icaciones en el con ol pa a la pe u bación en modo boos 33
5.9 Resul ados de la pe u bación en modo boos 34
5.10 Modi icaciones en el con ol pa a la pe u bación en modo buck 34
5.11 Resul ados de la pe u bación en modo buck 35
6.1 Visión p incipal del modelo gené ico 37
6.2 Vis a de allada de la plan a 38
6.3 Ci cui o impo ado pa a la simulación (sin in e up o ) 38
57
58 Índice de Figu as
6.4 Ci cui o impo ado pa a la simulación (con in e up o ) 39
6.5 En adas al con olado 39
6.6 Selección de a iables 40
6.7 Con olado 40
6.8 Ajus e pa a el ci cui o sin in e up o 41
6.9 Ajus e pa a el ci cui o con in e up o 41
6.10 Resul ados de la simulación del ci cui o sin in e up o 42
6.11 Resul ados de la simulación del ci cui o con in e up o 43
6.12 De alle de la B-Box y de la caja de elemen os pasi os 43
6.13 Resis encia de ca ga 44
6.14 De alle del módulo de po encia 44
6.15 Elemen os ex e nos 45
6.16 Acondicionamien o de señal 45
6.17 Equipo de alimen ación 46
6.18 Esquemá ico del módulo de po encia 46
6.19 Conexiones al módulo de po encia 47
6.20 Disposición de los elemen os pasi os 47
6.21 Conexiones pa a el ci cui o con in e up o 48
6.22 Resul ados del ensayo en modo boos 49
6.23 Resul ados del ensayo en modo buck 49
6.24 Ven ana de Impe ix Cockpi 50
6.25 Con igu ación del módulo de ba e ía 51
6.26 In e az del so wa e de la ba e ía 51
6.27 Resul ados del ensayo en modo boos con ba e ía 52
6.28 Resul ados del ensayo en modo buck con ba e ía 52
6.29 Resul ados del ensayo en modo buck con ba e ía y co ien e de e e encia 53
6.30 Resul ados del ensayo del ci cui o con in e up o 53
6.31 Resul ados del ensayo del ci cui o con in e up o en el so wa e de la ba e ía 54
Índice de Tablas
3.1 Pa áme os de diseño simulación 16
3.2 Pa áme os de diseño equipo eal 17
4.1 Pa áme os de los con olado es 26
4.2 Pa áme os de con olado es pa a el equipo eal 27
59