Implementación de Control predictivo en la Microrred de la Universidad de Cuenca en Ecuador

Abstract

Al manejar modelos de energía centralizada, el impacto ambiental en la zona implantada crece, por lo que es necesario cambiar de paradigma y tener modelos de generación distribuida, donde se hace imprescindible el uso de estrategias nuevas de control. En este trabajo se plantea un algoritmo de control predictivo en la microrred de la Universidad de Cuenca en Cuenca-Ecuador. La microrred está preparada para realizar pruebas experimentales a potencia media en el orden de decenas de kilovatios y cuenta con instrumentos de medición en distintos puntos estratégicos, además de las medidas internas que brinda cada equipo que la conforma. Se implementó un control predictivo basado en modelo (MPC), para la gestión eficiente del intercambio de energía en un sistema conformado por baterías, fuente de energía renovable y cargas de consumo eléctrico. Inicialmente fue probado en simulaciones ante diferentes escenarios de cargas, consumos y radiación solar, donde se calibraron los pesos. Con carácter posterior, se adaptó el controlador para la ejecución en un sistema real, siendo el bloque MPC el mismo que en las simulaciones, además se añadieron bloques de comunicación modbus con cada equipo involucrado, conversión de datos, registros en memoria y líneas de seguridad con verificación de errores en funcionamiento. Finalmente, se realizaron experimentos que incluían cargas del edificio, servidores, vehículo eléctrico, de los cuales se dedujo que el comportamiento del algoritmo era fiable. Los resultados finales del citado experimento, demostraron que el balance de potencias se compensaba conforme a las simulaciones.

Using centralized energy models, increases enviromental impact, hence we have to change the paradigm and apply generation distributed models, where are essential to use new control strategies. In this work, a model predictive algorithm is proposed at microgrid of the University of Cuenca located in Cuenca-Ecuador. The microgrid is prepared to withstand experiments at average power and has measurement instruments at different key points, also internal measurements provided by each equipment. A model-based predictive control (MPC) was implemented to aim efficient management energy exchange in a system made up of batteries, renewable energy source and electrical consumption loads. At first, it was tested in simulations under different scenarios of load, consumption and solar radiation, where the weights were calibrated. Subsequently, the controller was configurated to execute in a real system, the MPC block was the same as in the simulations, and furthermore we added Modbus communication blocks with each equipment involved, data conversion block, saving data and security code with running error checking. Finally, experiments were accomplished with buildings loads, servers, electric vehicle, from which was deduced that the behavior of the algorithm was reliable. The final results of the aforementioned experiment showed that the power balance was compensated according the simulations.