Mediciones de impedancia de pequeña señal de inversor controlado por droop para aplicaciones de estabilidad

Abstract

En un entorno de micro-red, es deseable que cada elemento de generación que se conecte, particularmente en el caso de interfaz tipo inversor, lo realice sin afectar la estabilidad del sistema, también definido bajo el concepto de Plug & Play. Middlebrook y otros autores han desarrollado estudios de estabilidad que requieren conocer características relevantes de la red, una de esas es la impedancia de pequeña señal. El objetivo de este trabajo consiste en aplicar técnicas experimentales, a nivel de simulación, para obtener la impedancia de pequeña señal específicamente en inversores controlados por Droop, siendo esta última eventualmente comparada con la expresión teórica resultante de la modelación del inversor en variables de estado. Se recopila del estado del arte una serie de técnicas que han sido aplicadas de forma general para obtener la impedancia de pequeña señal. Se propone un criterio de selección para escoger las técnicas más favorables en micro-redes, seleccionando así: la inyección de una onda cuadrada en el tiempo y la inyección de sinusoidales (técnica clásica usada como referencia). El caso de estudio que se aplica comprende una pequeña micro-red con un inversor Grid-Supporting controlado por Droop, cargas pasivas, una fuente ideal, elemento de inyección y medición. Se proponen 2 escenarios diferentes, donde el primero está enfocado en implementar correctamente cada técnica de obtención de impedancia, verificando si existe similitud en los resultados al medir una carga pasiva, luego, el segundo escenario se propone para obtener la impedancia de pequeña señal directamente del inversor controlado por Droop. La aplicación de las técnicas en el primer escenario entrega resultados positivos, dando luz verde a su aplicación sobre el inversor objetivo. En el segundo escenario se logra obtener una impedancia de pequeña señal que se comporta de manera similar a la caracterización teórica, más aún, se descubre una serie de limitantes a tener en cuenta para su aplicación física. Como ventaja, la inyección de onda cuadrada resulta ser una técnica precisa y rápida en comparación con la técnica clásica. Sin embargo, no cubre todo el rango de frecuencias deseado y puede requerir la realización de dos inyecciones, una en alta frecuencia y otra en baja frecuencia. Por otro lado, los canales DQ y QD de la impedancia no muestran buena resolución al aplicar esta técnica. Como trabajo futuro se propone enfocar los esfuerzos en lograr aplicar esta técnica en un inversor real, considerando como apoyo la técnica clásica para cubrir los rangos de frecuencia faltantes. Se insta a investigar sobre la importancia de la magnitud y fase para la frecuencia $50$ Hz en coordenadas dq, que en simulaciones es viable, pero físicamente no, ya que significa la inyección de perturbaciones en corriente continua sobre un sistema alterno.