SOPORTE DE FRECUENCIA PARA REDES DE BAJA INERCIA CONECTADAS A ESTACIONES HVDC-MMC

CARREÑO HENRIQUEZ, ALVARO ANDRES

2018

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En los sistemas de potencia existe una relaci´on directa entre la potencia activa y la frecuenciade la red. Al momento de ocurrir un desbalance entre la potencia generada y consumida, seproduce una fluctuaci´on de frecuencia, cuya tasa de cambio depende principalmente de la inerciamec´anica de las unidades generadores. Considerando lo anterior, en una red de baja inercia sepueden generar con mayor facilidad desviaciones de frecuencia que puedan activar los mecanismosde seguridad antes que los sistemas de control de frecuencia act´uen, comprometiendo la operaci´ony la calidad del servicio el´ectrico prestado a los usuarios. Si estos sistemas son alimentados porestaciones DC de alto voltaje (HVDC), como puede ser el caso de una isla, y la potencia nominal esmayor que la de las unidades generadores, los sistemas HVDC pueden cumplir un rol fundamentalen la regulaci´on de frecuencia.En este trabajo se desarrolla un sistema HVDC basado en un convertidor modular multinivel(MMC) que permita atenuar las variaciones de frecuencia en una red de baja inercia cuando var´iala potencia consumida. El sistema de control se basa en modificar la referencia de potencia activaque genera o consume la estaci´on HVDC para reducir las perturbaciones de carga en generador.Adicionalmente, se obtiene un modelo de la red en estado estacionario, calculando la relaci´onentre la potencia activa y reactiva en los terminales del convertidores para distintos niveles decarga. Esta relaci´on se utiliza para generar un lazo de control que permita a la estaci´on HVDCactuar r´apidamente sobre la potencia activa en lugar del generador.Se obtiene un modelo del MMC adecuado para simulaciones de sistemas de potencia quepermita largos tiempos de simulaci´on. Utilizando este modelo se simul´o una red con un cambioen la potencia activa consumida y voltaje de referencia de los capacitores de los subm´odulos, yse comprob´o el adecuado funcionamiento del control propuesto.Las condiciones de operaci´on de una red compuesta por una unidad generadora y la estaci´onHVDC son analizadas utilizando un modelo simplificado del sistema de potencia. Se extiende elsistema de control considerando la magnitud y ´angulo de la impedancia de una secci´on adicionalde l´inea de transmisi´on que conecta el convertidor al punto de acoplamiento com´un.Los resultados obtenidos muestran que el control propuesto permite disminuir las fluctuacionesde frecuencia en aproximadamente un 80% respecto a un controlador gen´erico cuando seopera bajo condiciones nominales. Cuando el convertidor debe invertir el flujo de potencia debidoa un cambio de carga, la calidad de la regulaci´on se ve afectada, disminuyendo las fluctuacionesa un 52%. Una de desventaja de este m´etodo de control es la dependencia de los par´ametrosactuales de la red para en la etapa de dise˜no. Sin embargo, al realizar un an´alisis de desempe˜no, el comportamiento del controlador es superior a un controlador est´andar a´un cuando lospar´ametros se conocen con cierta incertidumbre.

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