Control de un conversor de cuatro piernas para compensar oscilaciones de potencia en el DC-LINK bajo desbalances en la red de distribución

Abstract

En los últimos años, la integración de fuentes de generación distribuida dentro los sistemas eléctricos ha emergido como un tema crítico impulsado principalmente por motivaciones ambientales e incentivos económicos. En este contexto, la utilización de convertidores fuente de voltaje (VSC, Voltage Source Converters) como interfaz generador-red ha cobrado cada vez más importancia, pues permiten operar y controlar los sistemas de generación, desempeñando un rol esencial en redes desbalanceadas. En el contexto de una red desbalanceada, aparecerán oscilaciones de potencia de doble frecuencia en la red, siendo reflejadas como ripple en el DC-link de un VSC. En la red, las oscilaciones de potencia activa pueden causar excesivo ruido y estrés mecánico en generadores sincrónicos, mientras que la potencia reactiva oscilante puede causar pérdidas excesivas sobre el sistema eléctrico. Análogamente las oscilaciones de potencia en el DC-link pueden afectar negativamente al desempeño de sistemas energizados por paneles solares, baterías y celdas de combustibles, reduciendo su eficiencia, vida útil y la confiabilidad en el largo plazo. Además, a causa de estas oscilaciones podría haber un eventual disparo de las protecciones por sobre tensión en el caso del DC-link, o por sobre corrientes en el convertidor lado red.

En virtud de lo anterior, se han desarrollado distintas estrategias para controlar los VSC usando principalmente corrientes de secuencia positiva y negativa. Mediante estas corrientes los objetivos de control que se buscan conseguir son: compensación de oscilaciones de potencia activa en la red, potencia reactiva constante, corrientes balanceadas, DC-link sin ripple, entre otros. Dado que los grados de libertad que otorgan estas corrientes no son suficientes para alcanzar todos los objetivos de control que se quisieran, se podrían presentar significativas oscilaciones de potencia activa y/o reactiva de doble frecuencia de red o corrientes desbalanceadas de elevada magnitud. De manera alternativa se han propuesto nuevas estrategias de control usando corriente de secuencia cero y de este modo aumentar los grados de libertad, sin embargo la principal desventaja de estas estrategias es que pueden llegar a necesitar elevadas corrientes de secuencia cero, lo cual no siempre es posible de obtener según los límites nominales del sistema En este trabajo se propone una extensión de la estrategia de control que utiliza secuencia cero, permitiendo trabajar con corrientes de secuencia positiva, negativa y cero dentro de un esquema colaborativo. La estrategia propuesta tiene la capacidad de compensar las oscilaciones de potencia en el DC-link manteniendo las corrientes de fase y del neutro dentro del límite nominal, y mitigar las oscilaciones de potencia activa y reactiva de la red. Para lograr esto, la estrategia es diseñada utilizando MATLAB y simulada en el software PLECS con el fin de estudiar su comportamiento, y luego validada experimentalmente usando la plataforma de control dSPACE DS1103.