Steady-state Analysis of Power Networks based on Droop-controlled Inverters.

Abstract

Hoy en día, nuestra sociedad depende en gran medida en la energía eléctrica. Por esto, se necesita un estudio en profundidad del funcionamiento y comportamiento de la red eléctrica, para lo que se necesita resolver el problema del flujo de cargas. En cuanto a la resolución del flujo de cargas, hay que tener en cuenta que este modelo que describe los flujos de potencia activa y reactiva por la red eléctrica no es lineal [1], por lo que hay que recurrir a la utilización de métodos numéricos para alcanzar una solución. Los métodos utilizados en este proyecto son el método de Newton-Raphson y el método de Quasi-Newton-Raphson [2]. La solución de estos métodos permite conocer la tensión de cada bus del sistema, es decir, el fasor completo de la tensión, que se divide en módulo y ángulo. Estos resultados se introducen en las ecuaciones del flujo de cargas, obteniendo la potencia activa y reactiva inyectadas en cada bus del sistema eléctrico estudiado, además, todo esto permite conocer el comportamiento del sistema en estado estacionario. Por otra parte, la transición de generadores síncronos a formas de generación que requieren el uso de inversores grid-forming ha modificado el funcionamiento de la red eléctrica [3]. Por tanto, es necesario introducir cambios en las ecuaciones tradicionales del flujo de cargas para reflejar el comportamiento de los inversores. Teniendo estas modificaciones de las ecuaciones en cuenta, para conocer el comportamiento en estado estacionario de un sistema eléctrico se necesita resolver el problema del flujo de cargas actualizado, utilizando los métodos de Newton-Raphson y Quasi-Newton-Raphson.

Nowadays, our society relies heavily on electric power. For this reason, an in-depth study of the operation and behavior of the electrical network is needed, for which the power flow problem must be solved. Regarding the resolution of the power flow, it must be considered that this model describing the active and reactive power flows through the electrical network is nonlinear [1]. So, it is necessary to resort to the use of numerical methods to reach a solution. The methods used in this project are the Newton-Raphson method and the Quasi-Newton-Raphson method [2]. The solution of these methods allows to know the voltage of each bus of the system, i. e., the complete phasor of the voltage, which is divided into module and angle. These results are introduced in the power flow equations, obtaining the active and reactive power injected in each bus of the electrical system studied. In addition, all this permits to determine the behavior of the system in steady state. On the other hand, the transition from synchronous generators to sources of generation that require the use of grid-forming inverters has modified the operation of the power grid [3]. Therefore, it is necessary to introduce changes in the traditional power flow equations to reflect the behavior of these inverters. Considering these modifications of the equations, in order to understand the steady state behavior of an electrical system, it is necessary to solve the updated power flow problem, using the Newton-Raphson and Quasi-Newton-Raphson methods.