Advanced Power Control System For Enhancing Second-Life Battery Energy Storage Systems Integration and Reliability
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2025
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Abstract
Las redes eléctricas se están transformando rápidamente debido a la creciente integración de fuentes de energía renovable variables (ERV), generación distribuida y a nuevos consumos asociados a estaciones de carga de vehículos eléctricos (VE). Estos cambios plantean varios retos técnicos relacionados con la estabilidad e integridad de la red, aumentando la complejidad operativa de las redes eléctricas del futuro. Una de las soluciones más prometedoras para mitigar algunos de los problemas asociados a las ERV es el uso de sistemas de almacenamiento de energía con baterías (BESS por sus siglas en inglés). Los BESS pueden absorber potencia activa cuando existe un excedente de generación renovable y suministrar esta potencia cuando resulte más conveniente. Además, pueden funcionar como respaldo energético y proporcionar servicios complementarios a la red, incrementando la flexibilidad del sistema eléctrico. Sin embargo, los elevados costes de inversión de las baterías de ion-Litio implican una barrera económica relevante para la adopción generalizada de esta tecnología. Con el objetivo de ofrecer una nueva alternativa de almacenamiento que acelere la transición hacia las ERV, esta tesis presenta una nueva estrategia de control y modulación para convertidores en cascada de H-Bridge (CHB) destinada a la integración efectiva de sistemas de almacenamiento de energía con baterías de segunda vida (SL-BESS por sus siglas en inglés) a la red eléctrica. Estos sistemas emplean baterías que han alcanzado el final de su primera vida operacional pero que aún conservan suficiente capacidad para un uso secundario en aplicaciones de menor exigencia. En particular, este trabajo presta especial atención a técnicas de modulación óptima y a estrategias de control óptimo de corriente y estado de carga para el convertidor CHB, en el cual con los bancos de baterías son conectados directamente a cada submódulo H-Bridge. Se presentan resultados de simulación y experimentales para evaluar el desempeño de las estrategias de modulación y control propuestas en un prototipo de SL-BESS basado en un convertidor CHB conectado a red. Este montaje experimental consta de un convertidor CHBde 9 sub-módulos y bancos de baterías de ion-Litio de segunda vida ensamblados con celdas retiradas de bicicletas eléctricas, sirviendo como prueba de concepto de la eficacia del convertidor CHB en aplicaciones de SL-BESS.
Description
Tesis (Doctor in Engineering Sciences)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2025
Tesis (Doctor of Philosophy)--University of Technology Sydney, 2025
Tesis (Doctor of Philosophy)--University of Technology Sydney, 2025