Control de unidades de generación distribuida para brindar servicios auxiliares a la red

Abstract

Fundamentalmente las unidades de generación distribuida (UGD) aprovechan las fuentes de energía inyectando potencia activa a la red. Las UGD se pueden conectar a la red a través de una máquina rotante de AC o mediante convertidores electrónicos de potencia (CEP) dependiendo de la naturaleza de la fuente de energía. En particular, aquellas que utilizan CEP para conectarse a la red no tienen inercia. Esto disminuye la inercia total del sistema de potencia planteando nuevos desafíos en el control primario de frecuencia y comprometiendo la estabilidad de la red. Más aún, los códigos de red establecen estándares para el control de frecuencia, en particular, en muchos casos se establece una banda de frecuencias de operación normal en donde se limitan las desviaciones de frecuencia a largo plazo, y la banda operativa, que establece los rangos permitidos para las desviaciones de frecuencia rápidas. La reducción en la inercia del sistema presenta grandes desafíos en cuanto al control de la derivada temporal de la frecuencia, es decir, la tasa de cambio de la frecuencia (RoCoF, de sus siglas en inglés “Rate of Change of Frequeny”). Una alta RoCoF puede causar el accionamiento de protecciones y sacar de funcionamiento unidades de generación e inclusive que se aíslen porciones de la red. Por tales motivos, conforme aumenta la penetración de las UGD en el sistema de potencia, es importante diseñar estrategias de control para que los CEP den una rápida respuesta de tal manera que las UGD brinden servicios auxiliares mediante la compensación o regulación de algunas variables (como, por ejemplo, compensación de potencia reactiva, armónicos, control de frecuencia primario, etc.) que contribuyan al correcto funcionamiento del sistema de potencia. En este sentido, el control por droop es una estrategia bien establecida mediante la cual las UGD son capaces de inyectar a la red una cierta cantidad de potencia activa y, además, regular su participación en el reparto de potencia activa y reactiva en función de la frecuencia y la tensión en el punto de conexión. En este trabajo la propuesta se basa en diseñar un lazo de acondicionamiento de referencia por modos deslizantes(SMRC de sus siglas en inglés “Sliding-Mode Reference Conditioning”) que actúa sobre la referencia de los típicos controles de potencia por droop. Este lazo adicional permite que las UGD participen en el control primario de frecuencia manteniendo las características del control por droop. La señal de acondicionamiento se genera mediante la implementación de una señal discontinua. A partir de ella se logra que el sistema opere transitoriamente en régimen deslizante cuando la trayectoria intenta atravesarla superficie establecida en función de los límites establecidos en los códigos de red. El lazo de acondicionamiento de referencia sólo actúa cuando existe riesgo de que la RoCoF o la frecuencia superen los límites impuestos. De este modo, sólo se inyecta la potencia necesaria para mantener las variables dentro de sus límites. El lazo de acondicionamiento brinda una rápida respuesta capaz de limitar la desviación de frecuencia y de la RoCoF para contribuir a que el sistema opere dentro de los límites establecidos por los códigos de red. Se validó el diseño en simulación en condición nominal y con cambios en la carga. Los resultados muestran que la estrategia de control propuesta contribuye a mejorar el desempeño del control primario de frecuencia del sistema impidiendo que se excedan los límites establecidos.