Estrategias de control para la reducción de desequilibrio de tensión en una microrred eléctrica aislada basada en convertidores de potencia trifásicos

Abstract

En este trabajo se aborda el problema del desequilibrio de tensión en microrredes eléctricas aisladas compuestas por convertidores de potencia trifásicos. Se propone y evalúa el uso de un dispositivo STATCOM como compensador activo para reducir o eliminar este desequilibrio, que es perjudicial para la eficiencia del sistema y la vida útil de los equipos. El trabajo incluye el modelado de una microrred aislada con tres convertidores y dos cargas. En una de las cargas está el objetivo de compensación de desequilibrio de tensión. Se desarrollan e implementan dos estrategias de control para el STATCOM en un entorno de simulación MATLAB/Simulink. La primera propuesta de control se basa en desacoplar el control de las componentes de secuencia positiva y negativa dentro del STATCOM. Aunque logra reducir significativamente la tensión de secuencia negativa y confirma el desacoplamiento, no consigue su eliminación completa debido al acoplamiento intrínseco entre los objetivos del control Grid Forming y Grid Feeding. La segunda propuesta de control modifica la estructura para intentar eliminar completamente la tensión de secuencia negativa. Esta estrategia basa las referencias de control para ambas secuencias en un único lazo Droop basado en las potencias totales. Los resultados demuestran que esta segunda propuesta logra la eliminación completa de la tensión de secuencia negativa en la carga sensible sin afectar la tensión de secuencia positiva. Se atribuye este éxito a la coordinación que se establece entre los lazos de control al derivar sus referencias de un origen común. El trabajo también incluye un análisis de sostenibilidad e implicaciones éticas relacionadas con el uso de inversores en microrredes.

In this work, the problem of voltage unbalance in isolated electrical microgrids composed of three-phase power converters is addressed. The use of a STATCOM device as an active compensator to reduce or eliminate this unbalance, which is detrimental to system efficiency and equipment lifespan, is proposed and evaluated. The work includes the modeling of an isolated microgrid with three converters and two loads. The objective of voltage unbalance compensation is identified on one of the loads. Two control strategies for the STATCOM are developed and implemented in a MATLAB/Simulink simulation environment. The first control proposal is based on decoupling the control of the positive and negative sequence components within the STATCOM. Although it achieves a significant reduction in negative sequence voltage and confirms the decoupling, it does not achieve its complete elimination due to the intrinsic coupling between the objectives of the Grid Forming and Grid Feeding control. The second control proposal modifies the structure to attempt to completely eliminate the negative sequence voltage. This strategy bases the control references for both sequences on a single Droop loop based on total powers. The results demonstrate that this second proposal achieves the complete elimination of the negative sequence voltage at the sensitive load without affecting the positive sequence voltage. This success is attributed to the coordination established between the control loops by deriving their references from a common origin. The work also includes a sustainability analysis and ethical implications related to the use of inverters in microgrids.