Implementación de esquemas droop para inversores en paralelo

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se realizó el diseño e implementación de un esquema de conexión en paralelo de inversores, basado en un inversor monofásico para una aplicación dentro de microrredes. Dichos sistemas presentan actualmente un alto impacto dentro de las nuevas estrategias de generación de energía eléctrica, derivado de las nuevas estrategias de control cuya base se centra en los sistemas de generación distribuida, donde se considera un conjunto de unidades de generación y de cargas como unidad autónoma capaz de funcionar en modo isla o conectado a una red eléctrica de distribución. Con esta estrategia de generación y distribución de energía eléctrica a partir de fuentes renovables, se crea la necesidad de implementar interfaces que permitan su conexión a la red eléctrica, así como alimentar cargas en ausencia de la misma. A tales interfaces, se les conoce con el nombre de microrredes. Esta nueva estrategia de generación tiene como finalidad hacer que el suministro de la energía a la carga se realice de forma más eficiente al aproximar los centros de generación a los sitios de consumo. Por otro lado, con esta nueva estrategia de generación de energía se puede lograr hacer más seguro el suministro, aumentando así los niveles de confiabilidad en la red eléctrica, pues en caso de falla, el sistema se puede reconfigurar para mantener la continuidad del servicio a las cargas, garantizando la calidad en el suministro, al mantener la forma de onda, la amplitud y la frecuencia de la tensión aplicada a la carga. Bajo este contexto se realizó un estudio, análisis, diseño e implementación por medio de simulaciones y pruebas experimentales basadas en: controlador proporcional, integral (PI) en el lazo de tensión, y un controlador proporcional más controlador resonante (P+CRes) en el lazo de corriente del inversor. Finalmente, se llevó a cabo la implementación experimental en laboratorio de esquemas droop convencionales en inversores, para el control de la potencia activa y reactiva demandada por las cargas, cuya aplicación consiste en emular el comportamiento de los generadores de potencia, los cuales disminuyen su frecuencia y/o amplitud de tensión, cuando la potencia consumida, activa y/o reactiva, se incrementa. Con estos esquemas de control se consigue la interconexión de varios inversores conectados a la microrred como fuente de tensión, además, de que puedan operar en paralelo proporcionando a las cargas las potencias activas y reactivas que se requieren, con una distribución proporcional de potencias entre los inversores. ABSTRACT: This work involved the design and implementation of a parallel connection scheme for inverters, based on a single-phase inverter for an application within the context of microgrids. These systems currently have a high impact within the new strategies of electricity generation, derived from the new control strategies based on distributed generation systems, which considers a set of generation units and loads as an autonomous unit capable of operating in island mode or connected to an electricity distribution network. With this new strategy of generation and distribution of electricity from renewable sources, the need is created to implement interfaces that allow its connection to the electricity grid, as well as feed loads directly in the absence of it. These interfaces are known as micro-networks. The purpose of this new generation strategy is to make the supply of energy to the load more efficient by bringing the generation centers closer to the consumption sites. On the other hand, with this new energy generation strategy it is possible to make the supply more secure, thus increasing the levels of reliability in the electrical network, because in case of failure, the system can be reconfigured to maintain the continuity of the service to the loads, guaranteeing the quality in the supply, by maintaining the waveform, amplitude and frequency of the voltage applied to the load. Under this context, a study, analysis, design and implementation was carried out by means of simulations and experimental tests based on: proportional controller, integral (PI) in the voltage loop, and a proportional controller plus resonant controller (P+CRes) in the inverter current loop. Finally, conventional droop schemes were implemented by means of simulations for the control of the active and reactive power demanded by the loads, whose application consists in emulating the behavior of the power generators, which decrease their frequency and/or voltage amplitude, when the consumed power, active and/or reactive, increases. With these control schemes, several inverters connected to the microgrid as voltage source can operate in parallel, providing the loads with the required active and reactive powers, with an adequate distribution of powers among the inverters.