Modelos electromecánicos de convertidores VSC en Matlab + Simulink + SimPowerSystems

Abstract

El proyecto consiste, en primer lugar, en el diseño de dos modelos de convertidores VSC.

Uno de ellos está acoplado a la red mediante un PLL, mientras que el otro lo está sin contar con este método de control. La creación de estos modelos se ha llevado a cabo orientada a que sean simulados de forma electromecánica, empleando las herramientas de Matlab+Simulink+SimPowerSystems. El objeto de haber estudiado dos modelos distintos ha sido el de obtener conclusiones acerca del comportamiento de los PLL’s cuando se simulan de forma electromecánica.

Si bien para analizar las dinámicas de los convertidores electrónicos en sistemas muy reducidos son más apropiadas las simulaciones electromagnéticas, el modelo se ha desarrollado con la intención de que se pueda integrar posteriormente en una red de baja inercia con generación síncrona en el que las simulaciones electromecánicas son más adecuadas.

Asimismo, se ha intentado llevar a cabo un flujo de cargas mediante la herramienta de SimPowerSystems y se ha llegado a la conclusión de que esta no permite llevarlos a cabo cuando en el sistema eléctrico están presentes convertidores VSC.

Una vez obtenidos los dos modelos, se han sometido a simulaciones en las que se estudiaba el comportamiento del sistema frente a distintos cambios en la carga y su respuesta frente a una red débil en comparación con una red fuerte.

Se ha podido comprobar el correcto funcionamiento de los controles diseñados, así como el coste computacional bajo de haber empleado este tipo de simulación.

Por último, se ha concluido que los dos modelos se comportan de manera similar ante los dos tipos de redes, simulando de forma electromecánica.

The project consists, first of all, in the design of two VSC converters models.

One of them is coupled to the grid through a PLL while, the other, is connected without this control method. The creation of these models has been carried with the final objetctive of simulating them electromechanically, using the Matlab + Simulink + SimPowerSystems tools. The object of studying two different models has been to draw conclusions about the behavior of PLL’s when they are simulated electromechanically.

Although electromagnetic simulations are more appropriate to analyze the dynamics of electronic converters in very small systems, the model has been developed with the intention that it can later be integrated into a low inertia system with synchronous generation in which electromechanical simulations they are more suitable.

Likewise, an attempt has been made to carry out a load flow using the SimPowerSystems tool and it has been concluded that it is not possible to use it when VSC converters are present in the electrical system.

Once the two models were obtained, they were subjected to simulations in which the behavior of the system against different changes in load and its response to a weak grid in comparison with a strong grid were studied.

It has been possible to verify the correct operation of the designed controls, as well as the low computational cost of having used this type of simulation.

Finally, it has been concluded that the two models behave similarly when coupled to any of these two grids, when simulating electromechanically.