IEEE Power & Energy Magazine - Spanish - Marzo/Abril 2017 - 76

Los controladores de aplicación a la red representan
la clase más común de estrategia de control para inversores eólicos
y de PV conectados a la red.
del estator. Este proceso genera electricidad de CA a una
frecuencia determinada (normalmente 50 o 60  Hz). Estas
máquinas tienen características únicas que han dictado la
manera en que se han planeado y operado los sistemas de
energía desde la aparición de maquinaria eléctrica hace más
de un siglo. Una vez sincronizadas con el resto de la red,
la potencia real de la máquina se puede controlar a través
del eje del par de fuerzas y la potencia reactiva se controla
a través de la corriente de campo. Para garantizar el funcionamiento fiable del sistema de energía eléctrica interconectada, el sistema de frecuencia y los voltajes se regulan
estrictamente a través de una combinación de controladores de circuito cerrado de acción rápida en cada máquina y
controladores lentos y centralizados (control de generador
automático o AGC, por sus siglas en inglés) los cuales usan
los operadores de sistema para restablecer la frecuencia del
sistema a su valor nominal. En definitiva, los voltajes y las
frecuencias son variables fundamentales que deben regularse en el sistema y forman los principales objetivos del
control del sistema.
Desde el punto de vista físico, el sistema de turbina y
los componentes rotativos dentro de cada máquina muestran inercia mecánica y, como tal, son capaces de almacenar energía cinética en esta masa rotativa. Gracias a que
esa energía puede extraerse o absorberse en estas masas
rotativas durante las perturbaciones del sistema, un sistema
interconectado de máquinas es capaz de resistir a las fluctuaciones en la carga neta y la producción. Específicamente,
un exceso neto (o deficiencia) en la producción suministra
energía a las masas rotativas (o bien extrae energía de ellas)
y, como consecuencia, da lugar a un aumento (o reducción)
de la frecuencia del sistema; por tanto, la dirección de la desviación de la frecuencia es un indicador de exceso (o falta) de
energía neta en el sistema. Además, la cantidad total de inercia del sistema (es decir, la masa rotativa neta en todas las
máquinas interconectadas) es proporcional a la capacidad de
un sistema para absorber las variaciones entre cargas y la
VRE cuando la magnitud de la desviación de la frecuencia
es inversamente proporcional a la inercia neta del sistema.
En consecuencia, un sistema con baja inercia es vulnerable a
las mayores e indeseables desviaciones de frecuencia.
Otro factor importante que determina el comportamiento
dinámico de los sistemas de energía eléctrica es el par de
fuerzas que se encargan de la sincronización y que producen
los generadores sincrónicos. El par de sincronización junto
con la inercia tienen un papel fundamental en la determinación del comportamiento de la velocidad inicial del rotor
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de los generadores convencionales después de un suceso
de contingencia en la red. La potencia activa inyectada por
máquinas síncronas mantiene el sincronismo y atenúa las
oscilaciones mecánicas a través de su acción sincrónica y de
los componentes del par de fuerzas atenuador del total del
par de fuerzas eléctrico. La abundancia de inercia y de par
de fuerzas síncrono de las máquinas síncronas junto con sus
controles permiten la mitigación de desequilibrios de potencia activa y reactiva grandes en la red. Esta característica
fundamental de los sistemas de energía cambiaría drásticamente con las crecientes penetraciones de la producción
basada en inversores.
Por el contrario, las tecnologías VRE utilizan un conjunto de tecnologías fundamentalmente distinto para la conversión de energía y la interconexión a la red. Las fuentes
de VRE suelen conectarse a la red mediante una interfaz de
electrónica de potencia llamada inversor. El inversor convierte la electricidad de CC en energía eléctrica de CA y
gestiona el flujo de energía mediante el control de dispositivos semiconductores de alternación en un corto período de
tiempo. A diferencia de un generador, un inversor es estrictamente electrónico y no contiene ningún tipo de componentes
mecánicos ni masas rotativas. Por consiguiente, no muestra
las propiedades físicas de las máquinas antes descritas. Las
tecnologías de inversores son especialmente importantes
porque se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones.
Las turbinas eólicas que utilizan interfaces de electrónica de potencia incluyen lo que se conoce como generadores asíncronos de doble alimentación o de Tipo III (DFIG,
por sus siglas en inglés), en los que las bobinas del rotor se
conectan a la red a través de colectores y de un inversor.
Las turbinas eólicas de Tipo IV convierten toda la energía
eléctrica recogida por los aerogeneradores en CC y, luego,
de vuelta a energía eléctrica de CA compatible para la red
a través de un inversor. Los sistemas de energía PV requieren siempre un inversor porque producen electricidad de CC
nativa y el inversor debe suministrar esta energía eléctrica
a la red de CA. Aunque el almacenamiento de batería no es
una fuente de VRE en sí mismo, está llamado a desempeñar
un papel fundamental en la gestión del balance de energía
en sistemas con altas penetraciones de VRE, y también está
integrado a la red a través de inversores.
Independientemente del tipo de VRE que se integre a un
inversor, se requiere un controlador de circuito cerrado para
regular el flujo de energía desde la entrada de CC, mediante
electrónica de potencia, hasta la red de CA en última instancia. Estos controladores se suelen ejecutar en controladores
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