Análisis y Evaluación del Comportamiento del Thdi a Causa de la Conexión Masiva de Vehículos Eléctricos en una Estación de Carga

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Resumen

This document present the THDi behavior analysis because of the massive VE connection with different load conditions, by modeling an EV charging station. Additionally, is presented the design and implementation of a battery charger, with low harmonic distortion. The conventional Boost and IBC topologies were chosen, by which were designed and simulated four chargers of EV supporting the types of semi-fast and slow loading, and loading modes 2 and 3 of the international standard IEC 61851-1, 2010. The Chargers have two stages; the first is a PFC and the second a DC-DC converter. The first stage requires control to allow the input current follows the waveform of the mains voltage, so that average current control was designed; for the second stage were designed two controls to ensure constant current- constant voltage charging method. In addition, a model EV battery that emulates the behavior of a real was developed, in order to check the voltage and the SOC during the charging process. Then, based on probability curves obtained from the literature review, a charging station with 15 bays was designed, in which several scenarios as case studies were proposed. Such cases were simulated with the chargers designed and were differentiated mainly by the number of VE and the type of charger. Subsequently the results of the simulations were shown, analyzing THDi behavior for each case. Finally the design, simulation and implementation of the charger were performed, for which the boost topology was selected as PFC. Their respective controls, fittings and filters were designed, and the results were presented.

Descripción

En este documento se presenta el análisis del comportamiento del THDi a causa de la conexión masiva de vehículos eléctricos (VE) bajo diferentes condiciones de carga, mediante el modelado de una estación de carga de VE. Adicionalmente, se presenta el diseño e implementación de un cargador de baterías a escala, con baja distorsión armónica. Se escogieron las topologías Boost convencional e IBC (Interleaved Boost Converter), mediante las cuales se diseñaron y simularon cuatro cargadores de VE que soportan los tipos de carga semi-rápida y lenta, y los modos de carga 2 y 3 de la norma internacional IEC 61851-1 de 2010. Los cargadores tienen dos etapas; la primera es un PFC y la segunda un convertidor DC-DC. La primera etapa requiere un control que permita que la corriente de entrada siga la forma de onda de la tensión de la red, por lo que se diseñó un control de corriente promedio; para la segunda etapa se diseñaron dos controles que garantizarán el método de carga corriente constante – tensión constante. Adicionalmente, se desarrolló un modelo de una batería de VE que emula el comportamiento de una real, con el propósito de verificar la tensión y el SOC durante todo el proceso de carga. Luego, con base en curvas de probabilidad obtenidas de la revisión bibliográfica, se diseñó una estación de carga con 14 bahías en la cual se propusieron varios escenarios como casos de estudio. Dichos casos fueron simulados con los cargadores diseñados y estuvieron diferenciados principalmente por el número de VE y el tipo de cargador. Posteriormente, se mostraron los resultados de las simulaciones analizando el comportamiento del THDi para cada caso. Finalmente, se realizó el diseño, simulación e implementación del cargador a escala, para el cual se seleccionó la topología boost como PFC. Se diseñaron sus respectivos controles, acondicionamientos y filtros, y se presentaron los resultados obtenidos.

Palabras clave

Vehículo Eléctrico, Cargador de Batería, Calidad de la Potencia, Armónico, Distorsión Amónica, Convertidor DC-DC, Corrector de Factor de Potencia

Citación