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Mejora de la integración de renovables en la red: Emulación de máquinas eléctricas

En los últimos años, los generadores eléctricos basados en fuentes de energías renovables se están integrando de manera masiva en las redes eléctricas de distribución. Estos generadores se conectan a la red mediante el uso de convertidores electrónicos, en lugar de las máquinas eléctricas convencionales. Este cambio de paradigma está produciendo dificultades a la hora de que ambas tecnologías (máquinas eléctricas y convertidores electrónicos) convivan en una misma red. Por un lado, las máquinas eléctricas tienen poco margen de maniobra para cambiar su manera de operación, ya que su respuesta se basa principalmente en las características físicas de la propia máquina (inercia, fricción, valores de impedancias, etc.). Por otro lado, los convertidores electrónicos son altamente flexibles a la hora de operar, ya que su respuesta se basa en parámetros configurables del sistema de control (es decir, en el software utilizado). Por tanto, una solución eficiente para simplificar la integración de ambas tecnologías es emular el comportamiento de una máquina síncrona con el sistema de control de los convertidores. Esto hace que las máquinas eléctricas convencionales “vean” otras máquinas, en lugar de convertidores, y por tanto no haga falta modificarlas. Cuando un convertidor electrónico emula una máquina síncrona, se suele hablar de “máquina síncrona virtual” (o VSM por sus siglas en inglés). Sin embargo, el desarrollo de este tipo de sistema de control para convertidores es complejo, y requiere de más investigación para que se pueda aplicar de manera estandarizada en las redes actuales.

La Unidad de Sistemas Eléctricos de IMDEA Energía ha desarrollado un procedimiento de diseño de máquinas síncronas virtuales*, con el fin de que su implementación pueda estandarizarse. Para llegar a producir todas las reglas de ajuste de los controladores, se ha modelado y analizado en detalle la forma de operación de la máquina síncrona virtual. Siguiendo los pasos de diseño propuestos, se logra que los convertidores puedan operar de manera estable y robusta, sin renunciar a las características beneficiosas de la emulación de máquinas eléctricas.

(*) Rodriguez-Cabero, A., Roldan-Perez, J., Prodanovic, M. Virtual Impedance Design Considerations for Virtual Synchronous Machines in Weak Grids (2020) IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 8 (2), art. no. 8693833, pp. 1477-1489, DOI: 10.1109/JESTPE.2019.2912071

Más información: Javier Roldán, Investigador Titular, Unidad de Sistemas Eléctricos javier.roldan@imdea.org

Diagrama eléctrico y de control de un convertidor electrónico conectado a la red. (a) Sistema de control y (b) impedancia virtual (utilizada en el ajuste de la VSM) y (c) parte física del sistema.

Principales resultados obtenidos en el proceso de diseño. (izq) Respuesta en frecuencia del sistema, (ctr) autovalores y (dcha) respuesta transitoria de la potencia activa y reactiva.

Fecha: 
Jueves, Septiembre 17, 2020