Diseño de convertidor DC/DC bidireccional dual para gestión de almacenamiento híbrido de energía en microrredes

Autores/as

Palabras clave:

almacenamiento híbrido de energía , control PI multivariable , convertidor DC/DC bidireccional dual , microrredes inteligentes

Resumen

La integración eficiente de fuentes renovables en microrredes requiere soluciones avanzadas para gestionar la variabilidad energética y garantizar estabilidad en el bus de corriente continua (DC). Este artículo propone un convertidor DC/DC bidireccional dual de topología Buck-Boost, diseñado para controlar de manera independiente el flujo de energía entre un sistema de almacenamiento híbrido (baterías y supercondensadores) y un bus DC de 48 V. El convertidor emplea un esquema de control de lazo cerrado con tres reguladores PI, que monitorean y ajustan simultáneamente: (1) la corriente de carga/descarga de los dispositivos de almacenamiento, (2) la tensión en estos elementos, y (3) la tensión del bus DC. Implementado en Simulink MATLAB R2023b y validado experimentalmente, el diseño demostró una eficiencia del 94%, capacidad para operar en modo boost (24 V → 48 V) y buck (48 V → 12 V), y protección activa contra caídas de tensión en baterías. Los resultados destacan su habilidad para gestionar picos de potencia con supercondensadores y demandas sostenidas con baterías, reduciendo el estrés térmico y extendiendo su vida útil. Esta solución se posiciona como una alternativa escalable para microrredes resilientes, optimizando la integración de renovables y asegurando un suministro eléctrico estable en escenarios dinámicos.

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Citas

Abbasi, M. E. A., Aguilera, L., Li, R. P., Lu, D., & Wang, F. (2023). Review on the microgrid concept, structures, components, communication systems, and control methods. Energies 16(1), 484. https://doi.org/10.3390/en16010484.

Alasali, F. (2023). Powering up microgrids: A comprehensive review of innovative and intelligent protection approaches for enhanced reliability. Energy Reports, 10. https://10.1016/j.egyr.2023.08.068.

Asiaban, S., Kayedpour, N. Samani, A. E., Bozalakov, D., De Kooning, J.D.M., Crevecouer, G. & Vandevelde, L. (2021). Wind and solar intermittency and the associated integration challenges: A comprehensive review including the status in the Belgian power system. Energies, 14 (9), 2630 https://doi.org/10.3390/en14092630

Bechtle, P., Schmehl, M. S. R., Zillmann, U. & Watson, S. (2019). Airborne wind energy resource analysis. Renewable Energy, 141, 1103–1116. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.03.118

Beyers, I. A. B., Hanke-Rauschenbach, R. (2023). Ragone plots revisited: A review of methodology and application across energy storage technologies. Journal of Energy Storage, 73. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.est.2023.109097.

Feterre, Y. (2025). Boost converter design SIMULINK. GitHub. https://github.com/yes42d/DC-DC-Boots-Converter-Design-SIMULINK

Gil-Gonzalez, W. (2024). Operación y control de convertidores DC-DC para aplicación de microrredes con generación renovable y sistemas de almacenamiento de energía. https://ruja.ujaen.es/bitstream/10953/2720/1/24_01_17_Tesis%20WJGG_Final%20sin%20articulos.pdf

González, C., Goberna, C., & Navarro, E. (2021). Power density vs. energy density in supercapacitors: A trade-off for modern energy storage systems. Energy Storage, 36(102398). https://doi.org/10.1016/j.est.2021.102398

Guevara-Calderón, M. P. V. (2024). Exploración de Estrategias Tecnológicas en la Integración de Fuentes Renovables con Sistemas Electromecánicos. Polo de conocimiento, 9(92), 1448-1463. https://doi.org/10.23857/pc.v9i7.7576

Jing, W. C. H. L., Wong, S. H. W. & Wong, M. L. D. (2017). Battery-supercapacitor hybrid energy storage system in standalone dc microgrids. IET Renewable Power Generation, 11, 461–469. https://doi.org/10.1049/ietrpg.2016.0500

Haque, I. K., Sharma, A., Mohammad, A. & Khan, S. I. (2024). Analysis of diffrent control approaches for a local microgrid: A comparative study. Control Systems and Optimization Letters, 2, 94–98. https://doi.org/10.59247/csol.v2i1.88

Kazerani, K. Z. M. (2014). Development of a hybrid energy storage system (HESS) for electric and hybrid electric vehicles. IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), 1-5. https://doi.org/10.1109/ITEC.2014.6861868

Li, B. C. X., Li, C. & Guan, Z. (2017). Working principle analysis and control algorithm for bidirectional dc/dc converter. Journal of Power Technologies, 97, 327–335. https://www.researchgate.net/publication/336124475_Working_principle_analysis_and_control_algorithm_for_bidirectional_DCDC_converter#fullTextFileContent.

Pandey, K. K., Kumar, M., Kumari, A., Kumar, J. (2021). Bidirectional DC-DC Buck-Boost Converter for Battery Energy Storage System and PV Panel https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-15-9829-6_54#citeas. http://doi.org/10.1007/978-981-15-9829-6_54

Power, E. (2021). Convertidores bidireccionales DC/DC y aplicaciones comunes. https://epicpower.es/2021/07/convertidores-bidireccionales-dc-dc-y-aplicaciones-comunes/

Rashid, M. H. (2013). Power Electronics: Circuits, Devices and Applications (4 ed.). Pearson Educación. https://www.google.com.cu/books/edition/_/fEycngEACAAJ?hl=es&sa=X&ved=2ahUKEwjmnoXn4aqLAxX3SzABHf4UOdEQre8FegQIExAL

Robert, W., Erickson, D. M. (2020). Fundamentals of power electronics (3 ed.). 14 jul 2020. ISBN: 3030438813,9783030438814. https://books.google.com.cu/books/about/Fundamentals_of_Power_Electronics.html?id=nhrxDwAAQBAJ&redir_esc=y

Wang, L., Chen, B., & Patel, R (2023). Advances in hybrid energy storage systems: Bridging the gap between supercapacitors and lithium-ion batteries. Energy Conversion and Management, 278, 116734. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.116734

Zhang, Y., Li, X., & Wang, Z (2020). Comparative analysis of lithium-ion batteries and supercapacitors: Energy and power density perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews 134, 110292. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110292

Publicado

2025-03-07

Cómo citar

Pérez-Aballe, O., Ruiz-Chavarría, G., Vázquez-Seis Dedos, L., & Columbié-Navarro, Ángel O. (2025). Diseño de convertidor DC/DC bidireccional dual para gestión de almacenamiento híbrido de energía en microrredes. Minería Y Geología, 41(1), 83–101. Recuperado a partir de https://revista.ismm.edu.cu/index.php/revistamg/article/view/2701

Número

Vol. 41 Núm. 1 (2025): enero-marzo

Sección

Artículos Originales
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Derechos de autor 2025 Osmany Pérez-Aballe, Gerardo Ruiz-Chavarría, Luis Vázquez-Seis Dedos, Ángel O. Columbié-Navarro

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