Evaluación técnica de un sistema de conversión de energía eólica basado en un generador de inducción doblemente excitado alimentado con un convertidor modular multinivel matricial

Abstract

En los últimos tiempos, se ha promovido de manera masiva el uso de energías renovables, impulsado por la lucha contra el calentamiento global y la búsqueda de sistemas eléctricos más sustentables e independientes. En este contexto, la energía eólica juega un papel esencial en la transición energética. Sin embargo, su naturaleza variable y su disponibilidad aleatoria presentan complejos retos en la operación de la red eléctrica, especialmente cuando existe una alta penetración de esta fuente. Por consiguiente, las regulaciones y códigos eléctricos en todo el mundo han tenido que adaptarse y aumentar las exigencias para abordar los desafíos que surgen al integrar de manera significativa la eenergía eólica en la red. La topología basada en un generador de inducción doblemente excitado (DFIG) ha sido muy popular, debido a que utiliza un convertidor de capacidad reducida, y por tanto, disminuye los costos del sistema. No obstante, el interés en esta tecnología ha ido disminuyendo a medida que se han implementado cambios normativos. La razón principal es su extrema sensibilidad a las perturbaciones en la red, ya que, para cumplir con los nuevos requerimientos, se hace necesario emplear convertidores sobredimensionados y complementarlos con otros equipos, aumentando la complejidad y los costos del sistema. Es en este punto que una nueva generación de convertidores puede renovar la atracción por este tipo de topología. El convertidor modular multinivel matricial (M3C) se ha recomendado en accionamientos de alta potencia y velocidad variable. Además posee una ventaja primordial por sobre los esquemas “Back-to-Back” (B2B) y es que puede aumentar considerablemente la actuación del control del generador cuando ocurre una disminución en la tensión de la red. Este trabajo estudia, por medio de simulaciones, el comportamiento de un sistema eólico basado en un (DFIG) que se controla por un M3C, tanto en régimen permanente como los transitorios que se producen ante una caída de tensión en la red. Se comienza planteando los esquemas de control en régimen permanente y se dimensiona un convertidor capaz de controlar adecuadamente el sistema en todo su rango de operación de estado estacionario. De esta manera es posible establecer una base comparativa para evaluar el comportamiento del sistema en presencia de caídas de tensión trifásica simétricas. Además se proponen y evalúan diversas medidas para evitar sobre corrientes que se podría producir en el convertidor cuando ocurren estos eventos en la red eléctrica.