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Se puede demostrar que, para proporcionar una respuesta que se
aproxime a la inercia real de un convertidor, es necesario
aceptar que habrá una resonancia amortiguada.
tensión cambia, provoca un cambio entre la potencia activa y
reactiva, pero la corriente total permanece constante y limitada al valor máximo. Cuando los convertidores se operan
en el modo fuente de tensión, la potencia activa y reactiva
que fluye hacia fuera es dirigida por la amplitud y la fase
de la tensión de la red antes de la actividad de los controles.
La potencia evidente del convertidor tiene un impacto muy
limitado en la sobrecarga de corriente y, debido a los cambios en la topología, la modificación de la red puede conducir a la alta sobrecarga de corriente, tal como se ilustra en la
sección "Solución a corto plazo: la electrónica de potencia
debe ser capaz de proporcionar servicios auxiliares". Los
transitorios restrictivos para un convertidor de formación de
redes pueden ser líneas de interconexión de apertura o cierre
o de conexión/desconexión de cargas "grandes" cerca de los
convertidores "pequeños".
Sincronización de convertidores
y máquinas síncronas virtuales
El par de torsión síncrono sincroniza intrínsecamente las
máquinas rotativas, pero esto no es evidente para la generación basada en convertidores. El control debe lograr la sincronización de cada unidad con condiciones cambiantes y,
Convertidores de formación de redes:
una perspectiva de 20 años de una isla
En los últimos años del siglo XX, la comunidad de nativos
de Alaska de Metlakatla afrontó un difícil enigma técnico
y económico del sistema de potencia: cómo gestionar las
oscilaciones extremas de potencia activa asociadas con la
carga más grande en la red de su isla. Para sustituir un generador de diésel costoso y sucio necesario para la regulación
de la frecuencia, se construyó un sistema de convertidor de
batería a escala de servicios públicos de clase 1 MW. Ese
sistema utiliza convertidores de autoconmutación clásicos
de 1990 con una versión reciente de controles de máquinas
síncronas virtuales de formación de redes. El sistema se ha
utilizado para configurar la frecuencia y la tensión, activar
el arranque autógeno de la red y administrar una variedad
de dinámicas difíciles de la red. Después de 20 años, el sistema le ha ahorrado a la comunidad millones en costos de
combustible diésel, mientras mantiene una red más limpia
y confiable.
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aún más importante, sin medir la frecuencia, para al menos
algunas de ellas (según lo indicado anteriormente, algunos
convertidores necesitan formar la red).
Esta sincronización se puede lograr con dos variedades
principales de algoritmos de control de convertidores de formación de redes. La primera variedad imita una máquina
síncrona y es comúnmente denominada como una máquina
síncrona virtual (VSM, por sus siglas en inglés). La estructura del circuito de control de corriente de un convertidor
de seguimiento de la red convencional tiene una anchura de
banda de control considerablemente superior a 50/60 Hz y
trata de generar corrientes sinusoidales equilibradas sincronizadas con las tensiones de la red existentes usando un circuito sincronizado por fase. Es posible sustituir totalmente
esta estructura de control por una que, en su lugar, imite el
rotor de una máquina síncrona física. Solo se necesita una
representación genérica para que los efectos parasitarios,
como la notabilidad y la no linealidad, no sean cruciales.
(Véase "Convertidores de formación de redes: perspectiva
de 20 años de una isla").
Los parámetros del modelo crítico son la inercia del
rotor, la amortiguación eléctrica del rotor y la impedancia
transitoria X´. En la práctica, X´ es equivalente a (y puede
ser definida por) la inductancia de filtro del convertidor, que
actúa casi igual que una máquina X´ real. Las dinámicas
simuladas del rotor forman una función de transferencia de
segundo orden con una frecuencia resonante de (normalmente) alrededor de 2 Hz para los valores razonables de la
inercia H (en segundos), amortiguación y X´, tal como en una
máquina real. Se puede demostrar que, para proporcionar
una respuesta que se aproxime a la inercia real de un convertidor, es necesario aceptar que habrá una resonancia amortiguada. Es posible configurar niveles más altos de amortiguación que los que proporciona una máquina real, incluso
hasta la amortiguación crítica, porque en el convertidor, la
amortiguación se implementa matemáticamente y no está
limitada por el diseño físico del bobinado del amortiguador
o las pérdidas de eficiencia. No obstante, se necesitan más
investigaciones para conocer por completo las repercusiones
de los altos niveles de amortiguación.
La VSM debe tener un circuito de control de regulador
de tensión automático (AVR, por sus siglas en inglés) adecuado, que proporciona control de tensión y potencia reactiva, al igual que en una máquina real. Un regulador también
debe y puede tomar muchas formas, siguiendo los puntos de
ajuste de potencia activa, controlando la frecuencia, proporcionando una respuesta a la caída o cualquier combinación
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Table of Contents for the Digital Edition of IEEE Power & Energy Magazine - Spanish - Noviembre/Diciembre 2017
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