Identificación del ajuste de parámetros del Ccntrol de Ccída en los inversores utilizados para la respuesta transitoria en una micro red

Abstract

Las micro redes son sistemas de potencia a pequeña escala, que utilizan fuentes de energía distribuida (principalmente renovables) para abastecer la demanda en una pequeña región. Uno de sus objetivos es optimizar la distribución de energía, por lo que generalmente se encuentran cerca de sus cargas con el objetivo de minimizar las pérdidas de energía en la transmisión. Sus modos de operación les permiten gran versatilidad, brindándoles la posibilidad de operar interconectadas a un sistema de potencia convencional o en modo aislado, facilitándose en este último, el abastecimiento de energía en zonas no interconectadas. En comparación con los sistemas de potencia convencionales, las micro redes son más vulnerables a eventos de estabilidad transitoria, principalmente cuando operan de forma aislada. Esto es debido a que no cuentan con cantidades suficientes de inercia relacionada con masas giratorias de grandes unidades de generación, ni con los altos niveles de cortocircuito de un sistema convencional que lo ayudan a sobrellevar eventos transitorios de una forma más apropiada. Para mitigar la falta de inercia y mejorar la respuesta transitoria de una micro red, se han propuesto varias alternativas, entre las cuales se destaca la simulación de inercia virtual mediante el control de los inversores utilizados para la conexión de fuentes de energía renovable. Esta alternativa hace uso del control de caída convencional, el cual es comúnmente utilizado en las micro redes para la distribución de carga entre las diferentes fuentes de generación. Una de las estrategias para hacer efectiva la simulación de inercia virtual, es mediante la modificación dinámica de lazos de control que ajustan las pendientes de caída de los inversores que conectan las fuentes de energía. Este ajuste se programa por medio de una función potencial, que mediante registros de potencia, frecuencia y voltaje, realiza modificaciones a las pendientes de caída de los inversores y simula una inercia virtual en la micro red. De este modo se ayuda a sobrellevar eventos transitorios y evitar pérdidas innecesarias del suministro de energía, especialmente cuando la micro red se encuentra desacoplada del sistema de potencia convencional. No obstante, esta alternativa deja abierta las condiciones de implementación de los lazos modificados, específicamente en la función potencial que modifica las pendientes del control de caída. Esta función depende de constantes de parametrización que definen el comportamiento del lazo modificado y por consiguiente los resultados de estabilidad ante eventos transitorios. El objetivo de este trabajo es, identificar las mejores combinaciones de las constantes de parametrización del lazo de control de caída modificado para que los inversores de una micro red garanticen la mejor respuesta ante eventos transitorios. Para esto, la metodología propuesta en una primera fase, se basa en la implementación de un lazo de control de caída modificado para los inversores de una micro red en un software de simulación. En una segunda fase, se define un rango de selección de las constantes de parametrización y eventos transitorios a evaluar, y finalmente, en una tercera etapa, utilizando algoritmos de optimización se identifica la combinación de constantes de parametrización de la función del lazo modificado, que garantiza la mejor respuesta ante los eventos transitorios definidos en la micro red. Se espera obtener el mejor grupo de constantes de parametrización del control de caída modificado para los eventos transitorios definidos, y de esta manera, para estudios posteriores, partir de una micro red con los parámetros adecuados que ayudan a evitar inestabilidades y pérdidas innecesarias del suministro, principalmente cuando la micro red se encuentra en modo aislado

Abstract: Microgrids are small-scale power systems, which use distributed energy resource (mainly renewable) to supply demand in a small region. One of its objectives is to optimize energy distribution, so they are usually close to their loads in order to minimize energy losses due to transmission. Their operation modes allow them great versatility, giving them the possibility of operating interconnected to a conventional power system or in isolated mode, facilitating in the latter, energy supply in non-interconnected areas. Compared to conventional power systems, microgrids are more vulnerable to transient stability events, mainly when operating in isolated way. This is to the fact that they do not have enough inertial quantities related to rotating masses of large generation units, nor to the high levels of short circuit that help the system to cope with transient events in a more appropriate way. To mitigate the lack of inertia and improve the transient response of a microgrid, several alternatives have been proposed, among which virtual inertia simulation by controlling the inverters used for connecting renewable energy resources stands out. This alternative makes use of conventional droop control, which is commonly used in microgrids for load distribution between different generation sources. One of the strategies to make the simulation of virtual inertia effective is through the dynamic modification of control loops that adjust droop slopes of the inverters that connect the energy sources. This adjustment is programmed by means of a potential function, which registers the power, frequency and voltage, modifies the slopes of inverters and simulates virtual inertia in the microgrid. In this way it helps to cope with transient events and avoid unnecessary losses of the power supply, especially when the microgrid is decoupled from the conventional power system. However, this alternative leaves open the implementation conditions of the modified control loops, specifically in the potential function that modifies the slopes of the droop control. This function depends on parametrization constants that define the behavior of the modified loop and consequently the stability results against transient events. The objective of this work is to identify the best combinations of parametrization constants of the modified droop control loop so that inverters of a microgrid guarantee the best response to transient events. For this, the proposed methodology in a first step is based on the implementation of a modified droop control loop for the inverters if a microgrid in simulation software. In a second step, a selection range of the parametrization constants and transient events to be evaluated is defined, and finally, in a third step, using optimization algorithms, the combination of parametrization constants of the modified loop function, which guarantee the best response to the transient events defined in the microgrid, is identified. It is expected to obtain the best group of parametrization constants of the modified droop control for the defined transient events, and in this way, for future work and later studies, starting from a microgrid with the appropriate parameters that help to avoid instabilities and unnecessary losses of supply, mainly when the microgrid is in isolated mode