Cargador de baterías fotovoltaico con control por modos deslizantes y limitación de la derivada de corriente de carga

• Ramos-Paja, Carlos A. ^[1] ; Saavedra-Montes, Andrés J. ^[1] ; Bastidas-Rodríguez, Juan D. ^[2]
  1. [1] Universidad Nacional de Colombia

     Universidad Nacional de Colombia

     Colombia

     
  2. [2] Universidad Industrial de Santander

     Universidad Industrial de Santander

     Colombia

     
• Localización: TecnoLógicas, ISSN-e 2256-5337, ISSN 0123-7799, Vol. 21, Nº. 42, 2018, págs. 129-145
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Photovoltaic battery charger with sliding mode control and charging current derivative limitation
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• Resumen
  • español

    En los sistemas fotovoltaicos (PV) aislados, los cargadores de baterías son importantespara garantizar el suministro de energía cuando la luz solar no está disponible. Dichoscargadores necesitan realizar el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) ylimitar la derivada de corriente de carga de las baterías para extender su vida útil. Esteartículo propone un sistema cargador de baterías compuesto por un convertidor Buck, uncontrol en cascada de la corriente de las baterías y la tensión del panel PV, y la técnica deMPPT Perturbar y Observar (P&O). El P&O genera la referencia de tensión del panel parael lazo externo del control en cascada, implementado con un regulador P, cuya acción decontrol es la referencia de la corriente de carga de las baterías. Dicha referencia de corrientepasa por un limitador de derivada antes de llegar al lazo interno de control de corriente delas baterías, el cual es implementado con un control por modos deslizantes (SMC). Elartículo incluye el análisis de transversalidad y alcanzabilidad del SMC, así como elprocedimiento de diseño del regulador P. El sistema propuesto se valida por medio desimulaciones en el software PSIM mostrando la capacidad de realizar el MPPT y limitar laderivada de corriente de carga de las baterías al mismo tiempo.

  • English

    In stand-alone photovoltaic (PV) systems, battery chargers are important to guaranteethe energy supply when sunlight is not available. Such chargers need to track the maximumpower point (MPPT) and limit the derivative of the batteries’ charging current to extendtheir lifetime. This paper proposes a battery charging system composed of a Buck converter,a cascade control of the battery current and the PV panel voltage, and the Perturb andObserve (P&O) MPPT technique. P&O generates the reference of the panel voltage for theexternal loop of the cascade control implemented with a P regulator, whose control action isthe reference of the batteries’ charging current. Such current reference passes through aderivative limiter before reaching the internal current control loop, which is implementedby a sliding-mode controller (SMC). This paper includes transversality and reachabilityanalyses of the SMC, as well as the procedure to design the P regulator. The proposedsystem is validated by simulations in PSIM software to show its capacity to perform MPPTand limit the battery’s charging current derivative at the same time.