Diseño de estrategias de control predictivas para micro-redes mediante curvas de estatismo

Abstract

Las microrredes se presentan como una solución frente a los problemas de integración de energías renovables a los sistemas, alimentación de zonas aisladas y una alimentación eléctrica sin interrupciones. Una solución para ello es la implementación de sistemas de control jerárquicos compuestos por un control primario, un control secundario y un control terciario. En general se trabaja con un control primario mediante curvas de estatismo que permite evitar el uso de líneas de comunicación al ser un control distribuido; y un control secundario y terciario centralizados cuyas funciones son restaurar la frecuencia y voltaje a su valor nominal y optimizar la operación de la microrred en cuanto a características económicas. En esta tesis se presenta un sistema de control de tres niveles, de los que se diseña e implementa en Simulink el control primario y secundario, dejando planteada la conexión con el terciario. El control primario utilizado es distribuido, opera mediante curvas de estatismo y tiene la función de permitir compartir potencia entre los inversores; en cambio, el control secundario es centralizado y restablece el voltaje y frecuencia de un sistema a sus valores nominales. El control terciario consiste en un EMS que minimiza los costos de operación de la microrred de acuerdo a predicciones de los recursos disponibles y sus costos. El problema en estudio se compone de dos partes. En primer lugar, se debe analizar la estabilidad de la microrred, para lo cual ésta se analiza de forma independiente en el control primario y secundario. Para ello, el primario utiliza un análisis de estabilidad en pequeña señal, mientras que el secundario un análisis de polos a través de la ecuación característica del sistema. En segundo lugar se estudia el retardo en la comunicación entre el control secundario de frecuencia y los inversores, para lo que se estudian estrategias de control que utilizan predictor de Smith y variaciones éste, así como también control predictivo. Los resultados obtenidos permiten observar que el sistema comparte carga de acuerdo a lo indicado por la teoría, independiente de la carga conectada a cada inversor y los valores de potencia máxima de cada uno, manteniéndose la estabilidad del sistema. Además, se presenta el controlador PI con predictor de Smith con filtro pasa-bajo como la solución al problema de retardo en la comunicación debido a que al ser diseñado para un retardo dado es más robusto que los otros controladores, ya que a medida que aumenta el retardo de la planta y se mantiene el de diseño mantiene la estabilidad para retardos mayores que los otros controladores, sin tener un tiempo de estabilización mayor como ocurre con el controlador predictivo. Finalmente, la simulación permite comprobar que se cumplen los valores máximos determinados mediante un estudio de sensibilidad del sistema, así como también los valores de diseño de los controladores.