Estrategias de control de inversores trifásicos en modo tensión para contribuir a la estabilidad de red

Abstract

El camino que han seguido las renovables para ganarse un puesto en el mercado de la generación de energía eléctrica no ha sido fácil, y todavía falta mucho por hacer. Actualmente se enfrentan a dos grandes retos. Por un lado, el almacenamiento de energía para conseguir el equilibrio entre generación y consumo. Por otro lado, las tecnologías renovables deben ser capaces de cubrir todas las funcionalidades exigibles para la generación de energía eléctrica. Este TFE se enmarca en este último reto, concretamente en la contribución a la estabilidad de la red de los inversores trifásicos basados en energías renovables para poder sustituir a los generadores síncronos de centrales tradicionales en redes futuras. El trabajo presenta diferentes estrategias de control. Se plantea un algoritmo para la puesta en marcha y para la desconexión haciendo uso de una PLL. Se propone un lazo de control para el funcionamiento normal donde los inversores inyectan las consignas de potencia a la red a partir del droop control de redes aisladas. En este método los inversores no se limitan únicamente a la inyección de potencia, sino que se encargan de generar la red, que es fundamental para poder sustituir a los generadores síncronos. En paralelo a este lazo, se implementa un lazo de limitación de corriente para proteger al inversor. A partir de estos lazos se analizan diferentes situaciones como son los cortocircuitos y los huecos de tensión, donde se utilizan y adaptan los lazos, coordinándolos entre sí y utilizando controladores de ganancia variable.

The path that renewables have taken to earn a place in the electricity generation market has not been easy, and much more needs to be done. They are currently facing two major challenges. On the one hand, the storage of renewable energy to achieve the balance between generation and consumption. On the other hand, renewable technologies must be able to cover all the functionalities of traditional energies. This project focuses on this field, particularly in the contribution to the grid stability of three-phase inverters connected in parallel in order to replace the synchronous generators of traditional power plants in future grid. The report presents different control strategies: An algorithm is proposed for inverter commissioning and disconnection using a pre- designed PLL. A control loop is presented for normal operation in which inverters inject the demanded power into the grid, based on isolated microgrid droop control. In this method inverters are not only limited to power injection, but also, they are responsible for generating a grid, which is essential to replace synchronous generators. In parallel to this loop, a current loop is implemented to limit the current of the inverter. From these loops different situations such as short circuits and voltage dips are analyzed, in which previous loops are used and adapted, coordinating them together and using variable gain controllers, among other techniques.