ES2221559B1 - "controlador experto de sistemas fotovoltaicos autonomos". - Google Patents
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Abstract
Controlador experto de sistemas fotovoltaicos autónomos. Con la finalidad de evitar tanto una sobrecarga como una sobredescarga de las baterías que participan en el sistema fotovoltaico, consiste en un elemento de control (4), concretamente en un microcontrolador, con capacidad de proceso para ejecutar un algoritmo de control, el cual recibe información de la instalación fotovoltaica (2) a través de un juego de sensores (3) de tensión, corriente, temperatura y humedad, elemento de control (4) que, en función del algoritmo de control y con la colaboración de actuadores (5), regula el flujo de corriente. Un módulo de comunicaciones (6) permite establecer comunicación a distancia del elemento de control (4) con un usuario remoto relativa al estado de la instalación, valores instantáneos, evolución temporal, eventos y alarmas, y comandos remotos.
Description
Controlador experto de sistemas fotovoltaicos
autónomos.
La presente invención se refiere a un dispositivo
concebido para el control de sistemas fotovoltaicos autónomos que,
analizando convenientemente los parámetros de la instalación, tanto
instantáneos como históricos, gobierna la conexión del sistema
fotovoltaico propiamente dicho con la batería.
El objeto de la invención es conseguir unas
condiciones de trabajo para la batería que alarguen de forma muy
considerable la vida útil de la misma, una mejor gestión energética
y un óptimo mantenimiento de las instalaciones, al disponer de un
módulo de comunicaciones para usuarios remotos.
Como es sabido, en un sistema fotovoltaico
autónomo, entre las placas fotovoltaicas y las baterías se
establecen reguladores de carga, con el único objetivo de aumentar
el tiempo de vida útil de dichas baterías.
De forma más concreta, dichos reguladores impiden
la sobrecarga de las baterías, a la vez que controlan su descarga,
interrumpiendo el circuito de salida cuando el nivel de carga de la
batería alcanza un valor mínimo preestablecido, al objeto de evitar
descargas excesivas en las mismas que, como es sabido, acortan
drásticamente su vida útil.
Sin embargo, en la práctica se observa que los
citados reguladores presentan un comportamiento manifiestamente
mejorable, no mostrando unos requerimientos necesarios de calidad
en los sistemas a los que se encuentran aplicados.
El controlador experto que la invención propone
resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática
anteriormente expuesta, y para ello basa sus decisiones en el
conocimiento acumulado de los expertos en una base de conocimiento.
Ésta base de conocimiento puede evolucionar utilizando un sistema
de aprendizaje, bien de forma remota o bien de forma local.
De forma más concreta, la invención consiste en
un sistema que incorpora conocimiento experto destinado al aumento
del tiempo de vida útil de las baterías y a la mejora de la gestión
energética del sistema fotovoltaico autónomo. Igualmente, el
controlador experto de sistemas fotovoltaicos autónomos, incorpora
un módulo de comunicaciones que permite la telemonitorización y el
control de la instalación tanto de forma remota como de forma
local.
Específicamente, el controlador experto está
estructurado a partir de un elemento de control, materializado en
un microcontrolador, con capacidad de proceso de información
suficiente para poder ejecutar el algoritmo de control, así como el
resto de funcionalidades de que dispone el controlador,
concretamente visualizador de estado, alarmas, telemonitorización y
telecontrol. Este elemento es el encargado de tomar decisiones de
operación sobre la instalación fotovoltaica estando basadas en un
sistema experto.
Con el microcontrolador colaboran un conjunto de
sensores de tensión, corriente y temperatura, que permiten obtener
las variables instantáneas del sistema fotovoltaico autónomo, así
como servir de base para el resto de variables utilizadas, como son
el estado de carga y la profundidad de descarga.
El controlador incorpora además actuadores sobre
las variables de salida del algoritmo de control, que básicamente
son elementos de regulación de flujo o de corriente, tales como
relés de estado sólido o MOSFET de potencia.
Finalmente, un módulo de comunicaciones permite
realizar las tareas de telemonitorización y telecontrol del sistema
fotovoltaico autónomo desde un punto remoto, permitiendo a su vez
conocer el estado del sistema, valores instantáneos y evolución
temporal de las variables más significativas, eventos y alarmas
producidas, así como ejecución de comandos remotos relacionados con
el mantenimiento y operación del sistema fotovoltaico autónomo.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente
de realización práctica del mismo, se acompaña como parte
integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con
carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
La figura 1.- Consiste en un diagrama de bloques
que muestra la estructura global del controlador experto de
sistemas fotovoltaicos autónomos que constituye el objeto de la
presente invención.
La figura 2.- Muestra, según una representación
similar a la figura anterior, la estructura del controlador borroso
realizado por el sistema experto.
La figura 3.- Muestra, finalmente, la forma de
los conjuntos borrosos que utiliza el controlador experto, tanto
para los antecedentes como para los consecuentes.
A la vista de las figuras reseñadas, y
especialmente de la figura 1, puede observarse cómo el controlador
experto que la invención propone, referenciado globalmente con (1),
recibe información de la instalación (2) o sistema fotovoltaico, a
través de una pluralidad de sensores (3), concretamente de un
sensor de tensión, otro de corriente, otro de temperatura y otro de
humedad. Estos sensores permiten obtener las variables instantáneas
del sistema fotovoltaico autónomo y las suministran a un elemento
de control (4), materializado en un microcontrolador, que como
anteriormente se ha dicho deberá tener capacidad de proceso de
información suficiente para poder ejecutar el algoritmo de control,
basado en un sistema experto, así como el resto de funcionalidades
de que dispone el controlador.
El elemento de control (4), a través de los
actuadores (5) y tras tomar las oportunas decisiones actúa sobre la
instalación fotovoltaica (2), a la vez que suministra información y
permite el control de un usuario cercano, mientras que a través de
un módulo de comunicaciones (6) se comunica con un usuario remoto,
usuarios a los que: informa respecto al estado de la instalación, de
los valores instantáneos y sus parámetros, evolución temporal,
eventos y alarmas, a la vez que recibe las correspondientes
actuaciones.
El sistema experto (1) está basado en un sistema
de control borroso, el cual incorpora dos bases de conocimiento. La
primera base de conocimiento se utiliza para controlar la
sobrecarga de la batería y la segunda base de conocimiento para
controlar la sobredescarga de la misma. La estructura del
controlador de carga borroso aparece en el diagrama de bloques de la
figura 2, donde mediante flechas se han indicado el estado de carga
(7) de la batería, la corriente generada (8), la corriente de carga
(9) y la tensión de batería (10), informaciones que acceden al
borrosificador (11), el cual actúa sobre una pareja de motores de
inferencia (12) que reciben información de la base de datos (13) y
de la base de conocimiento (14) y que actúan sobre un
desborrosificador (15) que a su vez lo hace sobre dos conmutadores
(16) y (17) de tipo continuo, que son los que gobiernan la
conexión/desconexión de las baterías con los paneles fotovoltaicos
y de las baterías con la correspondiente carga.
La base de datos (13) contiene información sobre
los conjuntos borrosos asociados a cada una de las variables tanto
de entrada como de salida.
Estos conjuntos borrosos se muestran en la figura
3, donde hay que significar que los mismos están normalizados en el
intervalo [0,1].
Como ya se ha apuntado con anterioridad, se han
utilizado dos bases de conocimiento (14), una para actuar en los
estados de sobrecarga (conmutador 16) y otra para actuar en los
estados de sobredescarga (conmutador 17). Estas bases de
conocimiento aparecen representadas en las adjuntas tablas 1 y 2
respectivamente.
Es importante significar que estas bases de
conocimiento (14) representan un pequeño subconjunto del
conocimiento existente en relación a las condiciones en las que se
debe cargar y descargar una batería.
\vskip1.000000\baselineskip
| Base de conocimiento para la sobrecarga (B1) | ||
| N° | Antecedentes | S1 |
| R1 | IF "Vbat=VH" | VL |
| R2 | IF "Vbat=H" and "SOC=H" | VL |
| R3 | IF "Vbat=H" and "SOC=M" | L |
| R4 | IF "Vbat=H" and "SOC=L" | M |
| R5 | IF "Vbat=M" | H |
| R6 | IF "Vbat=L" | H |
| R7 | IF "Vbat=VL" | H |
| Base de conocimiento para la sobredescarga (B2) | ||
| N° | Antecedentes | S2 |
| R1 | IF "Vbat=VH" | H |
| R2 | IF "Vbat=H" | H |
| R3 | IF "Vbat=M" | H |
| R4 | IF "Vbat=L" and "SOC=H" | M |
| R5 | IF "Vbat=L" and "SOC=M" | L |
| R6 | IF "Vbat=L" and "SOC=L" | VL |
| R7 | IF "Vbat=VL" | VL |
En relación con el módulo de aprendizaje, estará
ubicado en un ordenador remoto, el cual enviará el resultado de la
evolución de las bases de conocimiento al controlador experto de
sistemas fotovoltaicos autónomos.
El módulo de comunicaciones (6) utilizado
consistirá preferentemente en un puerto serie
RS-232, al cual se le conecta un teléfono móvil
GSM.
Claims (3)
1. Controlador experto de sistemas fotovoltaicos
autónomos, que teniendo como finalidad actuar sobre una pareja de
conmutadores en las situaciones de sobrecarga y sobredescarga de
las baterías del sistema, para protección de las mismas, se
caracteriza porque está constituido a partir de un elemento
de control (4), preferentemente materializado en un
microcontrolador, capacitado para procesar y ejecutar un algoritmo
de control, elemento de control (4) que recibe información de la
instalación fotovoltaica (2) a través de sensores (3) de tensión,
corriente, temperatura y humedad, gobernando dicho elemento de
control (4) los actuadores (5) en las variables de la salida del
algoritmo de control, que son los elementos de regulación de flujo
de corriente, incorporando además un módulo de comunicaciones (6) a
través del que el elemento de control (4) se relaciona con un
usuario remoto para suministrar información sobre el estado de la
instalación, valores instantáneos, evolución temporal, eventos y
alarmas, así como recepción de comandos remotos.
2. Controlador experto de sistemas fotovoltaicos
autónomos, según reivindicación primera, caracterizado
porque el algoritmo de control utiliza un sistema experto, basado
en un sistema de control borroso que incorpora una o varias bases
de conocimiento (14), tanto para el estado de carga como para el
estado de sobrecarga de la batería, incorporando además una o más
bases de datos (13) que contienen información sobre los conjuntos
borrosos asociados a cada una de las variables, tanto de entrada
como de salida.
3. Controlador experto de sistemas fotovoltaicos
autónomos, según reivindicación 1, caracterizado por el
hecho de que incorpora un mecanismo de aprendizaje que permita
evolucionar las bases de conocimientos y/o algún parámetro
configurable de la instalación, para adaptar la operación del
sistema a nuevos condicionantes. Este mecanismo de evolución se
puede funcionar de forma remota y/o local.
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|---|---|---|---|
| ES200300680A ES2221559B1 (es) | 2003-03-24 | 2003-03-24 | "controlador experto de sistemas fotovoltaicos autonomos". |
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| US4636931A (en) * | 1985-06-28 | 1987-01-13 | Shikoku Denryoku Kabushiki Kaisha | Photovoltaic power control system |
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2003
- 2003-03-24 ES ES200300680A patent/ES2221559B1/es not_active Expired - Fee Related
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