Manufactura de Estaciones de recarga DC Bidireccionales de Vehículos Eléctricos, de alta durabilidad y eficiencia para aplicaciones “Vehicle to Grid” and “Vehicle to Home” en condiciones de funcionamiento de cargas equilibradas y/o desequilibradas

El programa NAMAS del MINEM, ha definido como política prioritaria la inserción progresiva del Transporte Eléctrico. Esto conlleva muchos retos tecnológicos, así como de investigación y desarrollo para el Perú. Bajo esta problemática, este proyecto plantea la asociación entre 3 universidades del país: la PUCP, la UNI y la UNAP (Puno), 1 instituto internacional (CIEMAT de España) y una empresa nacional (Inducontrol) para la creación de un polo de desarrollo en la manufactura de Estaciones de recarga DC de Vehículos Eléctricos (ERVE-DC) Inteligentes. El objetivo de este proyecto, es mostrar la potencialidad de ERVE-DC en futuras aplicaciones comerciales: 1. Modo “Vehículo to Grid” (V2G). En este modo de funcionamiento el Vehículo eléctrico (VE) se encuentra conectado a la ERVE-DC. Ante variaciones de frecuencia, la ERVE-DC debe suministrar o absorber potencia activa (usando la batería del VE), lo cual permite mejorar la estabilidad de la red eléctrica. 2. Modo “Vehicle to Home” (V2H). En este modo de funcionamiento el VE junto a la ERVE-DC funcionan como un UPS ante de cortes de suministro eléctrico. La ERVE-DC debe ser compatible con redes trifásica y/o monofásica y debe tener la capacidad de funcionar ante cargas trifásicas balanceadas y/o desbalanceadas. Dos plantas pilotos de ERVE-DC bidireccionales originales serán desarrolladas. La primera ERVE-DC es dos etapas de conversión, de 6.6kW, y compatible con redes trifásicas y/o monofásicas con modos de funcionamiento V2G y V2H para cargas trifásicas balanceadas y/o desbalanceadas. La segunda ERVE-DC es de una etapa de conversión AC-DC trifásica, de alta durabilidad (no se utiliza capacitores electrolíticos). Ambas ERVE-DC deben tener la capacidad de soporte a la red en caso de variaciones de frecuencia, emulando la dinámica de una máquina síncrona. Finalmente, se generará 1 tesis pregrado y 2 posgrado, 1 solicitud de patente y 2 publicaciones en revistas de alto impacto, así como 1 paquete tecnológico.

Manufactura de dos nuevas tecnologías de estaciones de recarga DC (EVSE-DC) para vehículos eléctricos de alto contenido tecnológico, las cuales tendrán las siguientes características: -Una EVSE-DC de 6.6kW, compatible con redes monofásicas como redes trifásicas, lo cual no existe en el mercado de EVSE-DC bidireccionales para domicilios, condominios en residencias. La EVSE-DC podrá trabajar en modo “Vehicle-to- Grid” (V2G) como en modo “Vehicle-to-home” en modo aislado. La originalidad de la EVSE-DC es que funcionará para redes trifásicas balanceadas o desbalanceadas, o en redes monofásicas, en ambos modos de funcionamiento, y teniendo la capacidad de trabajar en paralelo, dado que se implementará una estrategia de control “Grid Forming”. La estructura electrónica que se utilizará será de dos etapas de conversión. -Una EVSE-DC trifásica de 5kW, utilizando una estructura de una etapa de conversión, sin capacitores electrolíticos, asegurando una alta durabilidad de la EVSE. La originalidad de la EVSE-DC radica en la implementación de modo V2G para dar soporte de tensión y frecuencia a la red eléctrica de distribución, pero en una etapa de conversión utilizando una estrategia de control Grid Forming.

Objetivo Específico 1: Manufactura de 2 nuevas tecnologías de estaciones de recarga DC para vehículos eléctricos (EVSEDC) con las siguientes características: -Una EVSE-DC de 6.6kW, compatible con redes monofásicas como redes trifásicas, lo cual no existe en el mercado de EVSE-DC bidireccionales para domicilios, condominios en residencias. La EVSE-DC podrá trabajar en modo “Vehicle-to- Grid” (V2G) como en modo “Vehicle-to-home” en modo aislado. La originalidad de la EVSE-DC es que funcionará para redes trifásicas balanceadas o desbalanceadas, o en redes monofásicas, en ambos modos de funcionamiento, y teniendo la capacidad de trabajar en paralelo, dado que se implementará una estrategia de control “Grid Forming”. La estructura electrónica será de dos etapas de conversión integrada por un convertidor Quad Active Bridge DC-DC y tres inversores monofásicos. -Una EVSE-DC trifásica de 5kW, utilizando una estructura de una etapa de conversión, sin capacitores electrolíticos, asegurando una alta durabilidad de la EVSE. La originalidad de la EVSE-DC radica en la implementación de modo V2G para dar soporte de tensión y frecuencia a la red eléctrica de distribución, pero en una etapa de conversión AC-DC utilizando una estrategia de control Grid Forming. La estructura electrónica que se utilizará convertidor de tipo Dual Active Bridge o Quad Active Bridge AC-DC. Objetivo Específico 2. Incrementar la Producción científica, lo cual será materializado mediante la siguiente producción: •Generación de 2 artículos tipo Journal, •Generación de 2 tesis de posgrado •Generación de 1 solicitud de patente, de convertidor AC-DC de una etapa bidireccional que implemente estrategia Grid Forming •Participación en 1 conferencias Internacionales Objetivo Específico 3: Implementación de un paquete tecnológico para 1 equipo comerciales •Un módulo educativo EVSE-DC “inteligente” con capacidad de modo de V2G para sistemas monofásicos y trifásicos ante cargas balanceadas o desbalanceadas

Un prototipo a nivel de laboratorio de una estación de recarga DC de vehículos eléctricos (EVSE-DC) de 6.6kW, compatible con redes monofásicas como redes trifásicas, lo cual no existe en el mercado de EVSE-DC bidireccionales para domicilios, condominios en residencias. La EVSE-DC podrá trabajar en modo “Vehicleto-Grid” (V2G) de manera bidireccional, así como en modo “Vehicle-to-home” en modo aislado. La originalidad de la EVSE-DC es que funcionará para redes trifásicas balanceadas o desbalanceadas, o en redes monofásicas a la potencia nominal. En ambos modos de funcionamiento tendrá la capacidad de trabajar en paralelo con otras EVSE-DC, dado que se implementará una estrategia de control “Grid Forming”. La estructura electrónica que se utilizará será de dos etapas de conversión AC-DC. La parte DC-DC será un convertidor Quad Active Bridge, en cascada con 3 convertidores monofásicos independientes. De esta manera cada salida monofásica es independiente pudiendo trabajar para cargas trifásicas equilibradas o desequilibradas. La conexión a redes monofásicas se realizará via una configuración de relés. Además un protocolo de comunicación Chademo o CCS-2 será implementado. La validación del funcionamiento de la EVSE-DC será realizada a nivel de laboratorio utilizando un emulador de vehiculos electricos SL1040A de Keysight, que permite sistemas de baterias de vehiculos electricos hasta una tension de 1000V y 20kW. Una segunda EVSE-DC trifásica de 5kW basada en una estructura de una etapa de conversión tipo Dual Active Bridge o Quad Active Bridge AC-DC. Estas estructuras no utilizan capacitores electrolíticos, asegurando una alta durabilidad de la EVSE. La originalidad de la EVSE-DC radica en la implementación de modo V2G para dar soporte de tensión y frecuencia a la red eléctrica de distribución, pero con una estrategia de control Grid Forming. De manera similar que el caso anterior, su funcionamiento será validada nivel de laboratorio utilizando un emulador de vehiculos electricos SL1040A de Keysight, que permite sistemas de baterias de vehiculos electricos hasta una tension de 1000V y 20kW.

A nivel social, se tiene como objetivo la formación de profesionales de alta cualificación hacia las nuevas tecnologías de EVSE-DC “inteligentes” con nuevos posibles mercados eléctricos, tales como soporte de tensión de frecuencia y tensión a las redes eléctricas de distribución de baja tensión. Desde un punto de vista medio ambiental, actualmente el transporte en el Perú es a base de vehículos de combustión. Esto genera un fuerte impacto ambiental debido a la alta emisión de gases de efecto invernadero. Por tanto, el desarrollo en la infraestructura de recarga que plantea este proyecto favorecerá la toma de consciencia a nivel de la sociedad peruana sobre la importancia de la reducción progresiva de la emisión de gases de carbono, mediante el intercambio progresivo a vehículos eléctricos. Desde el punto de vista Científico, el proyecto plantea mejorar el conocimiento científico en el grupo de investigación del proyecto en la implementación de nuevas EVSE-DC “inteligentes” y altamente durables. El impacto de la propuesta radica en la generación de nuevos conocimientos en dos problemáticas: primero, la implementación de estrategias Grid Forming para redes desbalanceadas. Segundo, la implementación de estrategias Grid Forming en convertidores de una etapa de conversión. Ambos problemas no han sido estudiados en la bibliografía. Finalmente, desde el punto de vista Tecnológico, la propuesta aspira a tener un impacto importante en el modelo de redes de distribución eléctrica del Perú basada en generación y almacenamiento distribuidos, con integración del vehículo eléctrico, pudiendo contribuir a dar flexibilidad a la operación de la red eléctrica mediante la prestación de servicios especiales de compensación de variaciones de tensión y frecuencia. Para estos nuevos modelos, el desarrollo de plantas pilotos que demuestren la factibilidad de estos servicios a nivel experimental es un aspecto fundamental, y este será uno de los principales aspectos de impacto de este proyecto.

Investigacion aplicada

Multidisciplinario

ADMINISTRADO

LIMA - LIMA - SAN MIGUEL

• 13 — Ciencias e ingeniería de la energía

Ingeniería, Tecnología - Ingeniería eléctrica, Ingeniería electrónica - Ingeniería eléctrica, Ingeniería electrónica

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA