Implementación de un método de control de ´ inercia virtual para un convertidor DC-AC trifásico conectado a la red

Abstract

Los sistemas de potencia presentan una fuerte relación entre la potencia activa y la frecuencia, por ende, si se presenta un aumento o disminución de potencia demandada, le frecuencia se ver ‘a afectada de inmediato. Ante este tipo de problema, existen los mecanismos de regulación de velocidad de los generadores síncronos los cuales actúan sobre el torque mecánico de los generadores para hacer que la frecuencia del sistema vuelva al valor nominal. En el caso en que un sistema de potencia opera mucho tiempo alejado de su valor nominal, puede comprometer el funcionamiento de los generadores del sistema y se puede dañar la calidad de servicio eléctrico entregado a los usuarios. El escenario en que puede ocurrir esto, es cuando la inercia del sistema es lo suficientemente baja como para que la actuación de la regulación de velocidad no tenga efecto inmediato sobre la frecuencia y ´esta no pueda volver al valor nominal dentro de un tiempo aceptable. La inercia del sistema disminuye porque no todas las fuentes de energía en el sistema de potencia son necesariamente generadores síncronos, sino que también hay convertidores de potencia. Sin embargo, se puede hacer uso del control automático para controlar el momento en que el convertidor pueda inyectar potencia al sistema. De esta forma, en el instante en que ocurra un desbalance entre la potencia generada y la potencia demandada, el convertidor puede absorber la potencia excedente o aportar la potencia que falta, según sea el caso, y de este modo, disminuye el desvío de frecuencia y la tasa de variación de frecuencia (RoCoF, por sus siglas en ingles). Se simula en Plecas un sistema de potencia sin convertidor para ver el resultado y compararlo con la utilización de la inercia virtual. El sistema de potencia en el que se trabaja consiste en un generador síncrono de rotor cilíndrico y dos cargas, una de ellas se agrega en un instante después de partir la simulación para representar un desbalance de potencias. Se implementan dos tipos de control de inercia virtual, el primero se basa en la respuesta frecuencia-potencia del generador, es decir, un control droop, y el segundo se basa en la ecuación característica del generador, es decir, un control proporcional-derivativo. Además, se simula una implementación simple de un control rápido de frecuencia, para comparar con los resultados de la utilización de control de inercia virtual. Los resultados obtenidos fueron, en gran medida, acorde a lo esperado puesto que ambos métodos implementados arreglaron el problema del desvío de frecuencia, pero sólo el método de control proporcional-derivativo de inercia virtual pudo mejorar la tasa de variación de frecuencia. Por otro lado, se obtuvieron en los resultados que el control rápido de frecuencia ayuda a reducir bastante el nadir de frecuencia, pero no así la RoCoF.