Control of Interlinking Converters for Hybrid AC/DC Power Systems

Resumen

La energía eléctrica juega un papel sumamente importante en la sociedad actual, ya que su eso se encuentra muy extendido en áreas tales como la industrial, comercial, residencial o de transporte. Sin embargo, la creciente demanda eléctrica choca con la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, y esto implica la sustitución de la generación basada en combustibles fósiles por generación de energía renovable. Este cambio---conocido como transición energética---requiere que los sistemas eléctricos actuales sufran cambios importantes, tal y como se detalla a continuación. La integración de fuentes renovables en el sistema eléctrico hace que la operación y control del mismo sean más complicados. Principalmente, esto se debe a que la generación de potencia no es programable, no se puede ajustar a las necesidades del sistema y la capacidad para llevar a cabo la regulación primaria es muy limitada. Además, la generación renovable usualmente aparece conectada al sistema eléctrico mediante un convertidor electrónico de potencia, por lo que la respuesta transitoria inherente de las redes dominadas por convertidores suele ser muy escasa. Esto supone un alto riesgo de que el sistema se vuelva inestable ante variaciones de potencia. Al mismo tiempo, los sistemas dc son cada vez más populares en aplicaciones tales como la transmisión de energía, o cuando sistemas de generación renovable, almacenamiento y cargas dc han de ser integradas en la misma red. Por lo tanto, con el fin de poder controlar y gestionar mejor con más facilidad los sistemas eléctricos modernos, se prevé que estos adopten topologías más modulares donde redes o subredes de diferentes características y naturalezas se combinen formando una red de redes. En este escenario, lo llamados interlinking converters (ICs) en inglés---ya que son convertidores de potencia empleados para enlazar redes eléctricas---adoptarán un papel muy importante, puesto que ofrecen gran controlabilidad sobre el flujo de potencia entre subredes. Por lo tanto, el objetivo principal de esta tesis se centra en el desarrollo de técnicas de control para ICs que mejoren la respuesta transitoria de las diferentes redes interconectadas ac y dc. Para conseguir este propósito, primeramente, hemos propuesto una nueva herramienta de simulación que permite realizar simulaciones dinámicas de sistemas eléctricos, la cual está basada en flujos de potencia estáticos y permite simular sistemas ac, dc e híbridos. Además, permite la implementación del IC y su control en la misma, pudiendo así evaluar la contribución del IC a la respuesta transitoria de los sistemas interconectados. A continuación, después de haber realizado la revisión de la literatura sobre controles para ICs que contribuyen a la respuesta transitoria de las redes, hemos propuesto dos estrategias de control. La primera estrategia proporciona respuesta inercial a ambas redes interconectadas, mientras que la segunda opera el convertidor IC del mismo modo en que una línea eléctrica conecta dos sistemas compatibles entre sí, pero extendiendo este comportamiento a uniones entre redes inicialmente no compatibles. Durante el documento se presentan los resultados de simulación pertinentes que validan la contribución de los controles propuestos a la respuesta transitoria de las redes interconectadas