Study of stability and non-linear control applied to microgrid
- Autores: Fabio Andrade Rengifo
- Directores de la Tesis: José Luis Romeral Martínez (dir. tes.), Jordi Cusido Roura (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2013
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Josep Maria Guerrero Zapata (presid.), Antoni Garcia Espinosa (secret.), Oscar Mauricio Muñoz Ramirez (voc.)
- Materias:
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- Resumen
Generadores renovables de carácter intermitente se han incrementado significativamente en los últimos años. Aquellos generadores con interface de salida de electrónica de potencia, como sistemas fotovoltaicos o eólicos, están conectados y gestionados por un sistema de control inteligente. Cuando el sistema de control inteligente también gestiona consumidores locales y dispositivos de almacenamiento de energía se constituye una Microgrid. Estos generadores conectados en Microgrid son altamente eficientes, fiables, modulares, ecológicos, silenciosos, etc. Debido a todo esto, serán un competidor importante en los mercados de energía en el futuro. En el estado del arte, el estudio de la estabilidad de Microgrids existen varias estructuras de conexión. Se muestran un claro predominio de inversores en paralelo con lazos de control de tensión y corriente, utilizando las curvas de droop entre 'Potencia Activa Vs Frecuencia' y 'Potencia Reactiva Vs a Tensión' para manejar la potencia entregada a las cargas.
Generalmente los modelos de una Microgrid han sido linealizado alrededor de un punto de funcionamiento y operan bajo pequeñas disturbios. Diferentes autores han estudiado e identificado las raíces del sistema en el plano complejo, la forma en que las raíces se están moviendo en el plano en función de pequeñas variaciones de los parámetros del sistema, parámetros tales como las pendientes de las curvas droop, impedancias de línea, etc. Sin embargo, estos modelos sólo son válidos, mientras que el sistema no sufre grandes variaciones en torno a este punto de funcionamiento. Por lo tanto, estos modelos no reflejan una realidad en Microgrids cuando sufren cambios importantes, por ejemplo la conexión o desconexión de la red pública de forma inesperada, o fuentes de generación intermitente. Comúnmente, en generadores de energías renovables, se puede pasar de entregar potencia máxima a no entregar potencia en tiempos muy cortos, debido a un cambio inesperado en el medio ambiente.
Esta tesis aplica la teoría actual de los sistemas de análisis no lineal, tales como los métodos de Lyapunov, procedimientos Popov y planos de fase, para determinar la estabilidad de la Microgrid contra cambios repentinos en las energías de entrada y propone una metodología de control para mejorar su estabilidad. Para apoyar los nuevos modelos propuestos, se desarrolló el concepto de máquina electrostática. Esto permite que los generadores basados en convertidores de electrónicos de potencia puedan modelarse como máquinas rotativas electrostáticas, con variaciones en la tensión de entrada. Además, este modelo matemático permite el análisis de las fuentes de energía renovables para cualquier punto de funcionamiento, incluso con el suministro de energía discontinua (bus de CC no constante).
También, esta tesis presenta herramientas de análisis por medio de las funciones de Lyapunov que podrían ser utilizados para el análisis de estabilidad de gran señal en Microgrids. Además, esta metodología permite la búsqueda de los límites de la región de estabilidad. El modelo y la metodología propuestos permite analizar diferentes tipos de Microgrid con n-generadores conectados de diferentes maneras en presencia de grandes variaciones de la energía de entrada. Finalmente, se han presentado simulaciones y resultados experimentales con el fin de validar la metodología propuesta , el análisis de la estabilidad y métodos de control.
