Sistema de Control Avanzado para Plantas Híbridas de Celdas de Combustible de Óxido Sólido (SOFC) Conectadas a la Red: Verificación Experimental en Modo Ciberfísico

Este documento presenta un controlador predictivo por modelo (MPC) que opera una planta híbrida de turbina de gas con celdas de combustible de óxido sólido (SOFC) en condiciones de rendimiento al final de su vida útil. Su rendimiento fue evaluado con pruebas experimentales que muestran una comparación con un sistema de control proporcional integral derivativo (PID). El sistema híbrido (HS) opera en modo conectado a la red, es decir, en condiciones de velocidad variable de la turbina. El sistema de control enfrenta un problema multivariable con restricciones, ya que debe operar la planta en condiciones de seguridad mientras persigue sus objetivos. El objetivo es probar si un diseño de controlador linealizado para condiciones de operación normales es capaz de gobernar un sistema que se ve afectado por una fuerte degradación del rendimiento. El rendimiento del control se demostró en una bancada de pruebas de un emulador ciberfísico diseñado para análisis experimentales sobre tales HS. Esta instalación de laboratorio se basa en el acoplamiento de una microturbina recuperada de 100 kW con un sistema de emulación de celdas de combustible basado en recipientes tanto para los lados anódico como catódico. Los componentes no físicamente presentes en la bancada se estudiaron con un modelo en tiempo real que funciona en paralelo con la planta. Los valores de salida del modelo se utilizaron como datos de punto de ajuste para obtener en la bancada (en modo de tiempo real) el efecto del sistema de celdas de combustible. La comparación de resultados de la herramienta MPC contra un sistema de control PID se llevó a cabo considerando varias propiedades de la planta y las restricciones relacionadas. Ambos sistemas lograron gestionar la planta, pero el MPC llevó a cabo un mejor desempeño en términos de suavizar el gradiente de temperatura y los picos.