PV Agent : design and implementation in Labview

Abstract

El objetivo del proyecto ha sido el diseño y la implantación del PV Agent (Agente de paneles solares) en Labview. El PV Agent forma parte de los softwares utilizados para el control de COMMELEC. Por tanto este proyecto es solo una parte de un proyecto más grande llamado COMMELEC. El objetivo de COMMELEC es desarrollar un control en tiempo real para manejar los distintos recursos de la red, ajustándose a las restricciones de esta. El tiempo de actuación del controlador debe ser inferior a 100ms. El objetivo principal es que permita la inclusión de generadores de energía renovable (en nuestro caso los panales solares) de cara al presente y al futuro de la sociedad. El PV Agent consta de distintas que se van a ir presentando en el orden secuencial en el que funcionaran. La primera parte es la toma la toma de medidas en tiempo real para predecir los límites de actuación del convertidor en cuanto a potencia se refiere. Las medidas utilizadas son la radiación solar y las temperaturas del panel y ambiente, que se consideraran constantes de cara al siguiente instante. Utilizando un código desarrollado en Matlab y que ha sido implementado en Labview somos capaces de predecir un intervalo de la radiación solar (W/m^2) para el siguiente instante. Con esta predicción y un modelo de los paneles solar más convertidor transformamos el intervalo de radiación en uno de potencia (W). El convertidor ha sido modelado como una eficiencia en función del punto de funcionamiento. Una vez tenemos el intervalo lo pasamos por una función de transferencia para ver la respuesta temporal a un escalón (un cambio en el set point) y poder determinar en qué punto de funcionamiento se encontrara en el siguiente instante. Una vez tenemos los márgenes hay que leer la comunicación con el Grid Agent. El Grid Agent es un agente intermedio (superior) que es el que se encarga de analizar la carga de la red y ajustar la producción de los distintos generadores. El Grid Agent también puede ser dependiente de un órgano más grande. La comunicación con el Grid Agent consiste en la lectura del set point requerido y la transmisión de los futuros márgenes en los que va poder trabajar el convertidor. El set point requerido ha de ser proyectado dentro de los límites actuales de funcionamiento. Estos son en el plano PQ: trabajar en la parte P positiva, con una S inferior o igual al límite impuesto por el convertidor y con una P inferior o igual a la máxima que permita la radiación en ese instante. Por ultimo existe el límite de mínimo coseno (φ) admisible. A esta área se le llama PQt Profile. Con el set point dentro del PQt se envía el nuevo punto de funcionamiento deseado al convertidor y se prepara y calcula el nuevo aviso que se debe mandar al Grid Agent. Este mensaje contiene el punto de funcionamiento, el PQt Profile, la Belief Function y el Virtual Cost. La Belief Function es el conjunto de puntos (intervalo de P) en el cual podría operar el convertidor en caso de una disminución de la radiación solar en el siguiente instante. Este margen es el intervalo que nos proporciona el modelo del sistema sin la función de transferencia. Por último el Virtual Cost es el interés o lo proclive que es el sistema a encontrarse en determinado punto de operación (P, Q). En nuestro caso se intenta maximizar la P y focalizar la Q para que sea próxima a 0. Con la visión general de cómo debe ser el PV Agent, se procede a diseñar y testar las distintas partes por separado para más tarde ponerlas en conjunto. Debido a una serie de limitaciones del convertidor con el cual se ha realizado el proyecto se han diseñado dos agentes. Uno como si el convertidor fuese incontrolable, en el cual pasamos a predecir directamente la futura Pmax a través de la P actual en vez de la radiación solar y donde no hay comunicación con el convertidor, y el agente normal que se ha explicado en líneas generales. El agente de la carga incontrolable se ha implantado y testado en tiempo real únicamente faltando la comunicación con el Grid Agent que no estaba en funcionamiento. Del agente controlable se han implantado la mayoría del código en Labview, únicamente faltando el modelo de los paneles solares.

The goal of the project has been the design and implementation of the PV Agent in Labview. The PV Agent forms part of the softwares used in COMMELEC. So indeed the project is only a small part of a bigger one called COMMELEC, which is being developed at EPFL. The goal of the COMMELEC is the development of a real time controller to manage the different renewable resources of the grid. This controller has to adjust itself to the restrictions of the grid. The PV Agent has to respond with an ultra-short term constraint (<100ms). The main objective is the inclusion of the solar panels resource for the present and future society. The different parts of the PV Agent are going to be presented in the sequential order they take place. The first part is the acquisition of the irradiance and temperature measurements. This measures are used in order to predict the power limits where the converter will be able to work in the next time step. The temperatures are consider constant between the different time steps. Using a Matlab code that has been traduced into Labview, an irradiance interval (W/m^2) is predicted for the next time step. With this interval and a model of the solar panels plus converter, the irradiance interval is traduced into power (W). The model of the converter is an efficiency depend on the operating point. Once the limits of the interval are found, the time response of step in the converter set point is checked. With the margins what the PV Agent has to do is read the communication with the Grid Agent. The Grid Agent is higher agent in charge to analyze the charge of the grid and command the production of the different generators. The Grid Agent can be dependent of bigger Grid Agent. The communication consist in reading the required power set point and the transmission of the future available power margins of the converter. The required set point has to be projected inside the actual limits. These limits are in the PQ plane: work in the P>0, with an S equal or less of the converter limit and a P equal or less of what the actual irradiance can provide. At last there is a limit for minimum cos (φ). The area limited by these constraints is called PQt Profile. With the set point inside of the PQt the new set point request is send to the converter and the new advertisement to the Grid Agenti is send. This advertisement contains the working point, the PQt Profile, the Belief Function and the Virtual Cost. The Belief Function is the set of P points where the converter could operate in case of a decrease of the irradiance in the next time step. At last the Virtual Cost is the willing of the resource to be in determinate working point. In this case, the goal is to maximize the P and neither consume or generate Q. With the general overview of how the PV Agent should work, it’s been proceed to design and test the different parts separately. And afterwards to implement them all together. Due to several limitations in the converter, two converters have been design. One as if the resource was uncontrollable, where the actual future Pmax is predicted instead of the solar irradiance and there is no communication with converter. And a second one following the structure already explained. The uncontrollable agent has been already implemented and is running in real time, simulating a request from the Grid Agent. While for the controllable agent most parts have been implemented and only the PV model is missing.