Non-linear controller for storage systems with regulated output voltage and safe current slew-rate for the battery

• Ramos-Paja, Carlos Andrés ^[1] ; Bastidas-Rodríguez, Juan David ^[1] ; González-Montoya, Daniel ^[2]
  1. [1] Universidad Nacional de Colombia

     Universidad Nacional de Colombia

     Colombia

     
  2. [2] Instituto Tecnológico Metropolitano

     Instituto Tecnológico Metropolitano

     Colombia

     
• Localización: Revista UIS Ingenierías, ISSN-e 2145-8456, ISSN 1657-4583, Vol. 19, Nº. 3, 2020 (Ejemplar dedicado a: Revista UIS Ingenierías), págs. 117-130
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Controlador no-lineal para sistemas de almacenamiento con voltaje de salida regulado y derivada de corriente segura para la batería
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• Resumen
  • español

    Este artículo propone una estructura de control no-lineal para un sistema de almacenamiento híbrido con una arquitectura en serie, en la cual se regula la tensión de un bus DC (voltaje de salida) y asegura que la corriente de la batería cumpla con la restricción de velocidad de cambio en la corriente. La solución propuesta tiene dos etapas, en la primera se conecta una batería a un convertidor buck/boost que alimenta un capacitor auxiliar. En la segunda etapa, el capacitor auxiliar se conecta a un bus de DC a través de un segundo convertidor buck/boost. Ambos convertidores se regulan utilizando sistemas de control en cascada, donde los lazos internos son controladores por modos deslizantes de las corrientes de los inductores, y los lazos externos del primer y el segundo convertidor se diseñan para limitar la velocidad de cambio de la corriente en la batería y regular la tensión en el bus de DC, respectivamente. El artículo proporciona el procedimiento de diseño para los controladores y valida su desempeño con resultados de simulación considerando el sistema de potencia operando en modos de carga, descarga y almacenamiento.

  • English

    This paper proposes a non-linear control structure for a hybrid energy storage system with a series architecture, which regulates the voltage of a DC bus (output voltage) and ensures that the battery current fulfills the current slew-rate restriction. The proposed solution has two stages, in the first one, the battery is connected to a buck/boost converter that feeds an auxiliary capacitor. In the second stage, the auxiliary capacitor is connected to a DC bus through a second buck/boost converter. Both converters are regulated using cascaded control systems, where the inner loops are slidingmode controllers of the inductors’ current, and the outer loops in the first and second converter are designed to limit the slew-rate of the battery current and to regulate the dc bus voltage, respectively. The paper provides the design procedure for the controllers and validates its performance with simulation results for the power system operating in charging, discharging and stand-by modes.