Control droop por fase aplicado a Micro-Redes de 4 hilos

Abstract

El presente proyecto de tesis se centra en el estudio de diferentes estrategias de control droop de potencia activa y reactiva monofásica para aplicar en micro-redes de 4 hilos. El proyecto consiste en implementar las estrategias de control droop monofásico en un sistema simulado en el software Plecs y en un sistema experimental de 4 hilos construido en el Laboratorio de Control de Micro-Redes, de la Universidad de Chile. El control droop de potencia activa tradicional opera modificando la frecuencia de las tensiones que generan cada una de las unidades de generación, con lo cual se logra que las diferentes unidades compartan la potencia activa que se encuentran generando de acuerdo a sus capacidades nominales y sin necesidad de contar con un canal de comunicación entre ellas. Adicionalmente, en esta tesis se estudia la estrategia de control droop de potencia activa modificando el desfase entre las tensiones, con lo cual se cumple el mismo objetivo final mencionado previamente. Por otro lado, el control droop de potencia reactiva tradicional se realiza modificando la amplitud de la tensión que genera cada unidad, logrando el mismo objetivo de compartir la carga reactiva sin necesidad de contar con un canal de comunicación. Si bien el control droop tradicionalmente se realiza de forma trifásica, esto presenta inconvenientes en las micro-redes de 4 hilos (principalmente redes de distribución) debido a la gran cantidad de cargas desbalanceadas presentes en estas topologías, ya que es posible que se comparta la potencia de forma trifásica pero no de forma monofásica. Es así como surge la necesidad de mejorar las técnicas existentes y lograr el mismo resultado en redes con un grado de libertad extra como son las micro-redes de 4 hilos. Debido a que las estrategias de control droop operan sobre variables como la frecuencia, desfase o amplitud de la tensión, es posible que el sistema se encuentre compartiendo la potencia, pero operando en un punto diferente al nominal. Es así como se hace necesario implementar un lazo extra de control llamado control secundario, el cual se encarga de restablecer las variables globales del sistema a su valor nominal. En este caso de estudio debido a que cada fase puede tener una frecuencia o una fase diferente, es necesario contar con un lazo extra de control secundario que se encargue de restablecer los desfases entre las tensiones, es decir, que asegure que el sistema opere de forma balanceada. De este modo es posible evitar incrementos ficticios en la corriente circulante por el neutro o cuarto hilo. Se identifican al menos 2 aportes en este trabajo de tesis. El primero es la implementación de estrategias de control droop monofásicas en micro-redes de 4 hilos, logrando que las unidades compartan su potencia por fase y sin perder la condición nominal de operación del sistema eléctrico. Además, se considera un aporte la implementación de la micro-red experimental en el laboratorio, la cual será la base para futuras investigaciones en el área de micro-redes.