Aplicaciones del control de convertidores tipo fuente de tensión en sistemas eléctricos de baja inercia

Abstract

Introducción. Los convertidores tipo fuente de tensión (Voltage Source Converters o VSC) es la electrónica de potencia utilizada para convertir la energía proveniente de paneles fotovoltaicos y aerogeneradores en energía eléctrica alimentada a la red a la que se conectan. Si las redes a las que se conectan cuentan con un número reducido de máquinas síncronas para generar electricidad, la inercia del sistema será menor y la frecuencia será más susceptible a ser inestable ante cambios grandes en carga o generación. [1] El futuro de las redes eléctricas es inevitablemente renovable, por lo que las redes tendrán menor inercia. Con el diseño de una máquina síncrona virtual (Virtual Synchronous Machine, VSM) con una inercia virtual, implementada en los convertidores, logramos una respuesta similar a la de una máquina síncrona real, en la que se mejora la respuesta de la frecuencia. [2] Cómo implementarlo es el objetivo principal del Proyecto.

Definición del Proyecto. El Proyecto se desarrolla de forma modular. Tenemos tres bloques: VSC controlado en corriente, VSC controlado en tensión y la red utilizada, cada uno tiene su capítulo para desarrollar el modelo. Se desarrollan escenarios para comprobar el funcionamiento y explicar las aplicaciones de cada bloque. El escenario final consiste de una red de baja inercia a la que se conectan un VSC-I y un VSC-U con la VSM implementada. El objetivo final es comprobar que la respuesta de la frecuencia del sistema global mejora al añadir los convertidores a la red de baja inercia.

Introduction. Voltage Source Converters (VSC) are the used power electronics to convert energy which comes from PV panels or wind turbines into electrical energy fed to the grid which they are connected to. Given that these grids have a reduced number of synchronous machines to generate electric power, system inertial will be lower, thus the frequency will tend to become unstable towards big changes in load or generation. [1] The future of electric grids will unavoidably be renewable, so that grids will have lower values of inertia. Through the design of a Virtual Synchronous Machine (VSM) with a virtual inertia implemented into the converters, we receive a response quite like that of a real synchronous machine, in which the frequency response is improved. [2] How to implement it is the main objective of this Master Thesis.

Project definition. The Thesis is developed in modular form. There are three main blocks: current controlled VSC, voltage controlled VSC and the electric grid, each one of these has its own chapter to present the model. Different scenarios are carried out to check their functioning and to explain the use and application of each block. The final scenario consists of a low-inertia grid to which a VSC-I and a VSC-U with a VSM are implemented. The final objective is to check that the global system frequency response improves when adding the converters to the low-inertia grid.