Prospectiva de la tecnología de los inversores tipo Grid-Forming y su integración a los sistemas eléctricos

Abstract

A raíz de las metas de participación de Energías Renovables Variables (ERV) en Chile, el Coordinador Eléctrico Nacional publicó un estudio acerca de la Transición energética y fortaleza del Sistema Eléctrico Nacional . En dicho estudio se identifica la pérdida de fortaleza de la red y pérdida de inercia del sistema como uno de los mayores desafíos técnicos de la integración de generación estática, debido al desplazamiento de generación sincrónica, por lo cual se propone como una de las soluciones a mediano plazo implementar condensadores síncronos junto con los inversores tipo Grid-Forming. Este nuevo tipo de inversor avanzado funciona como una fuente de tensión y pueden imponer la tensión en amplitud, fase y frecuencia localmente en cada inversor. De esta manera, es capaz de apoyar la operación de una red en condiciones normales, perturbaciones, y en situaciones de emergencia, sin la necesidad de contar con generación síncrona en el sistema. En particular, en este trabajo se caracteriza la integración de los inversores tipo Grid-Forming en Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP) y la prospectiva de esta tecnología. Para ello, se realizará una revisión de conceptos fundamentales para su comprensión tales como: estabilidad, fortaleza de la red y los efectos que tienen la incorporación de ERV sobre estos. Comprendiendo lo anterior, se ahonda en los conceptos de inversores, revisando las principales características y modo de operación de los inversores Grid-Following y Grid-Forming, para después compararlos. Luego, se propone el modelo de Sistema de 9 Barras de la IEEE para estudiar el impacto de la integración de los inversores con tecnología tipo Grid-Forming en SEP en diferentes diferentes escenarios de penetración de generación conectada mediante electrónica de potencia. Sumado a lo anterior, se realiza un levantamiento de información sobre sobre el estado y madurez de la tecnología. Para ello, se elabora una encuesta dirigida hacia actores de la industria eléctrica chilena. Los principales resultados del estudio constatan, por un lado, el efecto en la respuesta de frecuencia del sistema al implementar en aquellas redes donde se tenga mayor generación conectada mediante electrónica de potencia conectada con tecnología tipo Grid-Forming, bajo el punto de vista de la estabilidad, analizada mediante los índices de la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF, por sus siglas en inglés Rate of Change of Frequency) y del valor mínimo que alcanza la frecuencia (Nadir). Por otro lado, el levantamiento de información permite a su vez identificar las principales barreras para la adopción de la tecnología en el mercado nacional.