Desarrollo y Validación de Algoritmos de Control para Sistemas de Energía Solar Fotovoltaica en el Entorno de Simulación VFlexP

Abstract

Este Trabajo de Fin de Grado desarrolla y valida en MATLAB/Simulink un modelo de sistema fotovoltaico compuesto por un generador de corriente continua y un convertidor CC-CC con control MPPT. El objetivo es su futura integración en la plataforma VFlexP para la simulación de redes eléctricas híbridas a gran escala.

Ante el rápido crecimiento de la fotovoltaica en España y la falta de un generador solar CC en VFlexP, el trabajo modela el sistema mediante bloques elementales. Se ha expresado todo en unidades por unidad (Pb=200W, Pb=200W, Vb=30V, Vb=30V) y organizado en subsistemas parametrizables por máscara.

El panel se basa en el circuito equivalente de diodo simple. La ecuación implícita del modelo se resuelve de dos formas al mismo tiempo, con fzero para el punto de operación y con Algebraic Constraint para las curvas I–V y P–V. El convertidor se modela con dos funciones de transferencia de segundo orden (D→Vpv e Ipv→Iout), identificadas por ensayo de escalón, y tiene un modelo de pérdidas de tres componentes. El algoritmo Perturb & Observe usa una referencia Pref que permite tanto el seguimiento del MPP como la limitación de potencia.

La validación confirma un error inferior al 0,01 % respecto a los datos del fabricante en STC, un comportamiento aceptable ante variaciones de irradiancia y temperatura, la convergencia del MPPT y el cumplimiento del balance de potencias con una eficiencia del 85–90 %. No se modelan ni el inversor CC-CA, la conexión a red ni el almacenamiento. Como objetivo futuro se quiere integrar el modelo en VFlexP para la simulación de redes híbridas.

This Bachelor's Final Project develops and validates a photovoltaic system model in MATLAB/Simulink. The model includes a DC generator (solar panel) and a DC-DC converter with MPPT control. The main goal is to integrate it in the future into the VFlexP platform to simulate large hybrid electrical networks.

Because solar power is growing quickly in Spain and VFlexP does not have a DC solar generator yet, the system is modelled using basic Simulink blocks. Everything is expressed in per unit values (Pb=200W, Vb=30V) and organised in subsytems that can be configured through masks.

The panel uses a simple single-diode equivalent circuit. The implicit equation of the model is solved in two ways at the same time, with fzero for the operating point, and with an Algebraic Constraint block for the I-V and P-V curves. The converter is modelled with two second-order transfer functions (D→Vpv e Ipv→Iout), identified through a step test, and it includes a three component loos model. The Perturb & Observe algorithm uses a reference Pref that allows both MPP tracking and power limitation.

The validation shows an error below 0.01% compared to the manufacturer data in STC, acceptable behaviour with changes ir irradiance and temperature, MPPT convergence, and a correct power balance with 85-90% efficiency. The DC-AC inverter, the grid connection and the energy storage and not modelled. As a future goal, the model will be integrated into VFlexP for hybrid network simulation.