Control de una unidad de generación distribuida considerando restricciones para operación segura

Abstract

La integración de fuentes de energías renovables (FER) en el sistema de distribución eléctrico lleva al incremento de unidades de generación distribuida (UGD) en la red, transformando el sistema convencional centralizado en un sistema distribuido. Por lo tanto, las UGD deben cumplir con ciertas características para evitar el deterioro de la calidad del servicio. Esto implica que las UGD se comporten como componentes activos que deben manejar tanto el intercambio de potencia como la regulación de frecuencia y/o tensión en el punto de conexión (PCC). Más aún, en el caso de fallas, las UGD deberían permanecer conectadas y proveer máximo soporte a la tensión de red mediante la inyección de potencia reactiva la cual, en esa circunstancia, debe ser priorizada. Por otro lado, los convertidores electrónicos de potencia (CEP) se utilizan en las UGD debido a su gran eficiencia y a que permiten adaptar la potencia generada por las FER a las necesidades de la red (niveles de tensión y frecuencia, por ejemplo). En particular, para aplicaciones de potencia en media tensión, los convertidores multinivel no requieren transformadores de acoplamiento y resultan más adecuados para este tipo de aplicaciones. Estos CEP tienen la característica de sintetizar varios niveles en la tensión de salida y por lo tanto un menor dv/dt en contraste con los convencionales de dos niveles, y de esta manera es posible convertir potencia en media tensión con corrientes menores, menos dispositivos en paralelo y filtros más chicos. En este trabajo se tiene como objetivo que una UGD, que se conecta a la red a través de un convertidor multinivel en cascada asimétrico (CAMC de sus siglas en inglés Cascade Asymmetric Multilevel Converter) que tiene la ventaja de mantener el balance de los capacitores del bus de continua debido al esquema de modulación híbrido empleado, sea capaz de controlar la potencia activa que inyecta a la red y la tensión en PCC. Además, la UGD debe ser capaz de permanecer conectada a la red frente a fallas sin sobrepasar los límites físicos del CEP empleado. Para esto se propone utilizar como estrategia de control al control predictivo basado en modelo (MPC). El MPC permite controlar sistemas multivariables con restricciones de manera sistemática. En cada instante de muestreo, partiendo del estado en ese momento, resuelve un problema de optimización en un horizonte de tiempo finito. En el siguiente paso de tiempo, el cálculo se repite desde el nuevo estado y sobre el horizonte desplazado, es decir, un “horizonte deslizante”. La solución se basa en la predicción del comportamiento del sistema basado en un modelo dinámico, luego respetando todas las restricciones de entrada, salida y/o estados, se optimiza una función de costo en la que se establece el comportamiento deseado del sistema mediante la elección de algunos parámetros.