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CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
1
Control de sistemas de energía solarg
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
Almería, Mayo 2010
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
2
Actividades del grupo UAL+PSA
1. Introducción
2. Aplicaciones de alta temperatura
o Torres (CRS)
o Hornos solares
3. Aplicaciones de media temperatura
o Colectores cilindroparabólicos (DCS)
4. Aplicaciones de baja temperatura
o Frío solar y control de confort en edificios
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
o Plantas de desalación solar
5. Algunos problemas de control en sistemas de energía solar
2
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3
1. Introducción
Los orígenes (1980s)
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
4
1. Introducción
Grupo de Automática, Electrónica y Robótica de la Universidad de Almería http://aer.ual.es/
Manolo Berenguel, David Lacasa, Cristina M. Cirre, Domingo Álvarez
4
Grupo de Automática y Robótica Industrial y de la Universidad de Sevilla http://www.esi2.us.es/ISA/GAR/Eduardo F. Camacho, Francisco R. Rubio, Carlos Bordóns, Manolo Ruiz,Julio Normey
Plataforma Solar de Almería – CIEMAThttp://www.psa.es/
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
Luis Yebra, Diego Martínez, Eduardo Zarza, Loreto Valenzuela, Antonio Valverde, Lidia Roca
Departamento de Informática y Automática de la UNED http://www.dia.uned.es/
Sebastián Dormido
3
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5
1. Introducción
Ahora en España (2010)
AbengoaPS10PS20
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
Extresol
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
6
Actividades del grupo UAL+PSA
1. Introducción
2. Aplicaciones de alta temperatura
o Torres (CRS)
o Hornos solares
3. Aplicaciones de media temperatura
o Colectores cilindroparabólicos (DCS)
4. Aplicaciones de baja temperatura
o Frío solar y control de confort en edificios
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
o Plantas de desalación solar
5. Algunos problemas de control en sistemas de energía solar
4
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
7
1. Introducción
7
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
De 1980 a 2010…
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
8
2. Aplicaciones de alta temperatura
8
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
5
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
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2.1. Centrales termosolares de torre
TSA SystemHeat exchangerHeliostats field
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CESA Tower
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
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Control del campo de helióstatos con
seguimiento automático del sol y estrategia de
Control de
distribución de temperatura y
flujo en el
2.1. Centrales termosolares de torre
apuntereceptor
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
Control de potencia, temperatura y presión a
la salida del intercambiador
Control de impulsión de
aire
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Estación DELL con SCADA Labview + Data A i iti d S i C t l M d l
2.1. Centrales termosolares de torre
ABSORBER TEMPERATURES TSA RECEIVER
HELIOSTAT FIELD
MAN-MACHINE INTERFACEHEURISTIC KNOWLEDGE-BASED
HELIOSTAT FIELD CONTROL SYSTEM
Estación DELL con LynxOS y programas in C++
Acquisition and Supervisory Control Module
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
CONTROL SYSTEM
TSA-CONTROL GENESIS
HELIOSTAT FIELD CONTROL SYSTEM
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Actividades del grupo UAL+PSA
1. Introducción
2. Aplicaciones de alta temperatura
o Torres (CRS)
o Hornos solares
3. Aplicaciones de media temperatura
o Colectores cilindroparabólicos (DCS)
4. Aplicaciones de baja temperatura
o Frío solar y control de confort en edificios
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
o Plantas de desalación solar
5. Algunos problemas de control en sistemas de energía solar
7
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2.2. Horno solarSolar furnaces
13
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROLM. Berenguel, E.F. Camacho, F.J. García‐Martín, F.R. Rubio. Temperature control of a solar furnace, IEEE
Control Systems Magazine, 19, pp. 8‐24, 1999.
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
Sinterización de cobre
Muestra antes de tratamiento
2.2. Horno solar
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Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
Mini cámara de vacío
Muestra tras el
tratamiento
D. Lacasa, M. Berenguel, L. Yebra, D. Martínez. Copper sintering in a solar furnace through fuzzy control. Int. Conf. on Computer Aided Control Systems Design, and Int. Symp. on Intelligent Control, Munich, Germany, 2006.
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Actividades del grupo UAL+PSA
1. Introducción
2. Aplicaciones de alta temperatura
o Torres (CRS)
o Hornos solares
3. Aplicaciones de media temperatura
o Colectores cilindroparabólicos (DCS)
4. Aplicaciones de baja temperatura
o Frío solar y control de confort en edificios
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
o Plantas de desalación solar
5. Algunos problemas de control en sistemas de energía solar
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Aceite térmico Generación directa de vapor
3.1. Colectores cilindroparabólicos
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Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
Tecnología madura El futuro próximo
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3.1. Colectores cilindroparabólicos
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
18
3.1. Colectores cilindroparabólicos
Campo ACUREX SOLARCOLLECTOR
FIELDOIL THERMAL
STORAGE TANK
I
Loop 10
Loop 1
T
T
T
TIC
THREE-WAYVALVE
Tout
T
Tout
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
T
F
FIC
q Tout
Tin
PUMP
10
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
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3.1. Colectores cilindroparabólicos
E.F. Camacho, F.R. Rubio, M. Berenguel, L. Valenzuela. A survey oncontrol schemes for distributed solar collector fields. Part I: Modelingand basic control approaches. Solar Energy, vol. 81, pp. 1240-1251,
TRABAJOS RECIENTES
pp gy, , pp ,2007.
E.F. Camacho, F.R. Rubio, M. Berenguel, L. Valenzuela. A survey oncontrol schemes for distributed solar collector fields. Part II: Advancedcontrol approaches. Solar Energy, vol. 81, pp. 1252-1272, 2007.
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
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Actividades del grupo UAL+PSA
1. Introducción
2. Aplicaciones de alta temperatura
o Torres (CRS)
o Hornos solares
3. Aplicaciones de media temperatura
o Colectores cilindroparabólicos (DCS)
4. Aplicaciones de baja temperatura
o Frío solar y control de confort en edificios
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
o Plantas de desalación solar
5. Algunos problemas de control en sistemas de energía solar
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CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
21
4.1. Frío solar y control de confort en edificios
21
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
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4.1. Frío solar y control de confort en edificios
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
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CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
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4.1. Frío solar y control de confort en edificios
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
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4.1. Frío solar y control de confort en edificios
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
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CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
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Actividades del grupo UAL+PSA
1. Introducción
2. Aplicaciones de alta temperatura
o Torres (CRS)
o Hornos solares
3. Aplicaciones de media temperatura
o Colectores cilindroparabólicos (DCS)
4. Aplicaciones de baja temperatura
o Frío solar y control de confort en edificios
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
o Plantas de desalación solar
5. Algunos problemas de control en sistemas de energía solar
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
4.2. Plantas de desalación solar
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Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
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4.2. Plantas de desalación solar
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Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
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Actividades del grupo UAL+PSA
1. Introducción
2. Aplicaciones de alta temperatura
o Torres (CRS)
o Hornos solares
3. Aplicaciones de media temperatura
o Colectores cilindroparabólicos (DCS)
4. Aplicaciones de baja temperatura
o Frío solar y control de confort en edificios
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
o Plantas de desalación solar
5. Algunos problemas de control en sistemas de energía solar
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5. Problemas de control
Almacenamiento
Predicción del clima
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Campo solar
Planificación y mercado
Conexión a la red eléctrica
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José Domingo Álvarez Hervás: Estrategias de control dei t bi d d l l t t l Di t
5. Problemas de control
intercambiadores de calor en plantas termosolares. Directores:Manuel Berenguel y Luis José Yebra. Junio de 2008. Sobresaliente cumlaude por unanimidad.
Lidia Roca Sobrino: Contribuciones al modelado y control deuna planta de desalación solar. Directores: Manuel Berenguel y LuisJosé Yebra. Julio de 2009. Sobresaliente cum laude por unanimidad.
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
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5. Problemas de control
ProcesosSistemas no lineales sometidos a cambios en el punto de
operación y perturbaciones
Modelos
No-lineales
• Basados en primeros principios
• Basados en datos
No-lineales simplificados
• Bilineales
• Caja gris
Lineales en torno a un punto de equilibrio
• Linealización de modelos basados en primeros
principios
• Obtenidos de ensayos experimentales
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
Entornos de modelado y simulación
Modelica/Dymola
EcosimPro
Matlab/Simulink
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5. Problemas de controlCaracterísticas de
colectores solaresRadiación solar )(tI
Temperatura ambiente )(tT
0
Temperatura de tubos)(tTw
Temperatura de entrada
),0( tT
Velocidad del fluido )(tv
Temperatura de salida ),( tLT
ambiente )(tTg
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
0 Lx
TThDx
TCq
t
TCA wiii
TThDTTGhGInt
TAC wiigwoo
woww
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CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
33
5. Problemas de control
Características de colectores solares
TThDx
TCq
t
TCA wiii
T TThDTTGhGInt
TAC wiigwoo
woww
Modelo no-lineal de parámetros concentrados
Modelo no-lineal de parámetros concentrados
SimplificacionesTérmino bilineal
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
Modelo no-lineal de parámetros distribuidos
Modelo no-lineal de parámetros distribuidos
)()(
)())()()(()()1(
)()(
)())()()(()()(
32211
32211
kxky
kxkdkxkukdkx
txty
txatdtxtuatdatx
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
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5. Problemas de control
Características de colectores solares
TThDx
TCq
t
TCA wiii
T
Tesis de José Domingo Álvarez
TThDTTGhGInt
TAC wiigwoo
woww
1
1
,0
,
s
ske
sT
sLT s
2 1
11
12
, sa ske
k
I
sLT
Dinámica – naturaleza
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
)()(
1
11
1
1,)(
sR
s
sP
a
aa s
ske
ss
sk
sv
sLTsG
)()(
2 112sRsP
aaa ssssI
distribuida –
discretización y linealización
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CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
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5. Problemas de control: resonancias
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROLE.F. Camacho, M. Berenguel, F.R. Rubio. Advanced control of solar plants. Springer, 1997.
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
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Dinámica – naturaleza distribuida –discretización y linealización
1
1
0
,
s
ske
T
sLT s
5. Problemas de control: resonancias
1,0 ssT
)()(
2 1
11
12
,
sR
s
sP
aaa
a
g s
ske
ss
k
sT
sLT
2 1
11
12
, s
aaa
a
s
ske
ss
k
sI
sLT
Modos resonantes
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
)()(
1
11
1
1,)(
sR
s
sP
a
aa s
ske
ssk
sv
sLTsG
)()( sRsP
19
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
37
5. Problemas de control: resonancias
)()(
1
11
1
1,)(
sR
s
sP
a
aa s
ske
ssk
sv
sLTsG
– La relación entre β y τ en R(s) modela la amplitud de los modos resonantes.
nnn
,0)2(
min
nnn
,02
1)2(
max
• Características de la función que modela los modosresonantes:
– La localización de los modos resonantes está directamente relacionado conel tiempo de residencia del fluido (θ).
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
– La utilización de una función de transferencia irracional para modelar losmodos resonantes.
– No existe una k que indique la ganancia del sistema.
– El sistema, teóricamente, tiene un número infinito de ceros.
a
sksG )(lim
0
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Diseño de controladores – IMC PI
5. Problemas de control: resonancias
k
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
sa
aes
ksG
1)(
20
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
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Diseño de controladores – IMC PI
5. Problemas de control: resonancias
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
40
11 xzxxzxs
Diseño de controladores – Controlador repetitivo
5. Problemas de control: resonancias
)(
)(
7
65
)(
322
01
)(
)()(
1)(1
11
1
1)(
zR
zRzP
sR
sR
s
sP
a
aa xz
xzxz
xzxz
xzxzG
s
ske
ssksG
+Gc(s)
+
Ref(s) Y(s)
+P(s)
+
-
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
+-
e-Ns R'(s)e-Ns
G(s)
R'(s)
Control repetitivo
21
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
41
Diseño de controladores – Controlador repetitivo
5. Problemas de control: resonancias
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
- Prueba del controlador repetitivo en la planta ACUREX el día 22/05/2007 -
CONTROL DE SISTEMAS DE ENERGÍA SOLARPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
42
• Extensiones a adaptativo y robusto
5. Problemas de control: resonancias
Álvarez, J.D., L. Yebra, M. Berenguel. Adaptive repetitive control for resonance cancellation of a distributed solar collector field International Journal of Adaptive
Manolo Berenguel25/04/2010 VIII SIMPOSIO CEA DE INGENIERÍA DE CONTROL
Álvarez, J. D. , Costa-Castelló, R. , Berenguel, M. andYebra, L. J.(2010) 'A repetitive control scheme for distributed solar collector field', International Journal of Control, 83: 5, 970 — 982
cancellation of a distributed solar collector field. International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, vol. 23(4), pp. 331-352, 2009.