Control Óptimo de Estación basada en Energía Solar con Almacenamiento para Carga de Vehículos Eléctricos (CONSOLVE)
Descripción
Este proyecto propone un enfoque holístico para el diseño, implementación y explotación de las conocidas como estaciones de carga rápida y ultrarápida (UFCS) para vehículos eléctricos. Las UFCSs pueden demandar una cantidad significativa de energía de la red, provocando picos de tensión/corriente perjudiciales e impredecibles. El diseño propuesto en este proyecto pretende aliviar el impacto en la red de estas instalaciones, a la vez que se minimizan los costos de explotación a largo plazo y el impacto ambiental. Para ayudar a mejorar la huella medioambiental, se ha considerado el uso de energía solar fotovoltaica (PV) y almacenamiento de energía basado en baterías (BESS).
El proyecto toma un enfoque integral que abarca desde el diseño de la electrónica de potencia a nivel del inversor, pasando por el diseño, dimensionando y despliegue del campo fotovoltaico, el BESS y lógica de gestión de energía, hasta el nivel de toma de decisiones estratégicas de la estación. El subproyecto 2 (CONSOLVE) contribuirá a este objetivo proporcionando las herramientas para analizar dos cuestiones principales: el dimensionado de la infraestructura y la gestión integral de los flujos de potencia.
Tanto el sistema fotovoltaico como el BESS son componentes costosos, y un correcto dimensionamiento armonizado de ambos es fundamental para una explotación exitosa a largo plazo. CONSOLVE propone adoptar un enfoque ambicioso considerando un modelo dinámico de todo el ciclo de actividad y explotación de la instalación. El enfoque de diseño modular propuesto en este proyecto a todos los niveles nos permite abordar este problema de forma dinámica, con un diseño ajustable en tamaño y capacidades a medida que la planta opera a lo largo de los años. Un segundo objetivo de CONSOLVE es diseñar una estrategia óptima de gestión de los flujos de potencia de la instalación, sensible a los costes de explotación, la satisfacción de la demanda y mínimo impacto en la red. El problema abarca cuestiones complejas que deben abordarse, como el diseño de la política Óptima de carga/descarga del BESS, la naturaleza impredecible, tanto de la energía fotovoltaica como de los perfiles de demanda de los usuarios, y la interacción de todos estos elementos con la red.
La naturaleza multiobjetivo del problema de optimización adopta una estructura jerárquica que opera en diferentes escalas de tiempo, desde decisiones de fracción de segundo para hacer frente a sobretensiones de la red, pasando por decisiones de gestión energética operando en la escala de horas, a decisiones de nivel estratégico en el rango de semanas a meses. El modelado preciso de este problema da lugar a una descripción matemática no lineal de alto orden con restricciones estrictas, para el cual se requieren herramientas de optimización avanzada. En este sentido se propone el uso de algoritmos de optimización inteligente, entre otros, algunos enfoques recientes de Particle Swarm optimization y sistemas multiagente. Además, CONSOLVE propone emplear un control tolerante a fallos de última generación (FTC) para mejorar la confiabilidad y disponibilidad del sistema, permitiendo que el sistema detecte fallas de operación de manera autónoma y tome acciones para recuperar la mayor funcionalidad posible. Los algoritmos de control desarrollados se probarán mediante simulación y experimentalmente en un demostrador UFCS que se construirá como parte del proyecto.