Control electrónico basado en algoritmos de optimización multiobjetivo para la microrred de una aeronave

Abstract

El objetivo principal de este trabajo es el modelado de un programa de gestión para optimizar los flujos de potencia entre los diferentes generadores, sistemas de almacenamiento y cargas de una aeronave comercial More Electric Aircraft (MEA) para conseguir mayor autonomía, fiabilidad y robustez. Para ello, se ha realizado una adaptación de un trabajo previo descrito en el artículo [1], en el cual se plantea una estrategia de gestión centralizada a nivel de sistema basada en Control Predictico Basado en Modelo (MPC) para que un MEA sea capaz de programar los sistemas de baterías y explote la flexibilidad en la demanda de las cargas mientras satisface los requisitos operativos variantes en el tiempo. La estrategia de control propuesta tiene como objetivo mantener el almacenamiento de energía en un rango aceptable para evitar la descarga y prolongar el ciclo de vida de la batería, al tiempo que minimiza las desconexiones de cargas, tratando de evitar constantes cambios de estado para incrementar la vida útil de los dispositivos. Para abordar la resolución del problema, éste se modela mediante un problema de programación lineal con variable binaria (MILP), proponiéndose diferentes funciones objetivo para optimizar el control, mediante la definición de diversos requisitos operacionales, así como la definición de restricciones que modelan los comportamientos del sistema. Además, para asentar las bases y comprender en qué consisten estas nuevas generaciones de aeronaves MEA y los sistemas eléctricos de potencia, se explicará en qué consiste este concepto y se ofrecerá una revisión general de los avances tecnológicos empleados para lograr diversos objetivos como reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y disminuir el consumo de combustibles fósiles.

The main objective of this work is the modeling of a management system to optimize the power flows between the different generators, storage systems and loads of a commercial aircraft MEA to achieve greater autonomy, reliability and robustness. To this end, an adaptation of a previous work described in the paper [1], in which a centralized system-level management strategy based on model predictive control (MPC) is proposed for an MEA to be able to schedule battery systems and exploit flexibility in load demand while satisfying time-varying operational requirements. The proposed control strategy aims to maintain energy storage and prolong the battery life cycle, while minimizing load disconnections, trying to avoid constant state changes to increase the lifetime of the devices. Using a mixed-integer linear programming (MILP) formulation, different objective functions are proposed to realize the control objectives, with soft constraints that improve the feasibility of the model. In addition, to lay the groundwork and understand what these new generations of More Electric Aircraft and electric power systems consist of, the concept will be explained and a general review of the technological advances used to achieve various objectives such as reducing greenhouse gas emissions and reducing fossil fuel consumption will be provided.