Desarrollo de un algoritmo autónomo para la mejora del aprovechamiento del convertidor DA/AC y la optimización de la potencia aparente efectiva en sistemas de generación distribuida conectados a redes eléctricas trifásicas con neutro

Abstract

[ES] El presente trabajo toma como referente el funcionamiento de un convertidor DC/AC conectado en paralelo a redes de distribución eléctrica en sistemas de generación distribuida. Donde la potencia activa generada por el convertidor DC/AC es entregada al punto de conexión a red (PCC) y esta será absorbida por la carga de acuerdo con sus requerimientos. En el caso que la potencia activa fundamental de secuencia positiva que requiere la carga sea menor que la potencia activa generada por el convertidor DC/AC, la potencia activa fundamental de secuencia positiva remanente será absorbida por la red eléctrica. Debido a que las fuentes de generación son fuentes de energías renovables y dependen generalmente de las condiciones climatológicas estas no funcionan las 24 horas al 100%, desaprovechando el uso de la potencia aparente nominal del convertidor DC/AC. Por ese motivo se busca la manera de mejorar el aprovechamiento del convertidor, pudiéndose utilizar como un compensador de ineficiencias tal como lo refieren múltiples estudios. Esto es de gran utilidad ya que en la actualidad las redes de distribución eléctrica presentan altas ineficiencias debido al tipo de equipos que se conectan y generan desequilibrio de corrientes y tensiones, desfase de corriente y distorsión armónica, afectando al resto de instalaciones conectadas y disminuyendo la calidad del suministro eléctrico. Donde la diferencia entre la potencia activa inyectada por el sistema de generación distribuida y la potencia nominal del convertidor DC/AC es la potencia disponible para la compensación de los fenómenos ineficiente de la carga. Eso quiere decir que la potencia de compensación de ineficiencias puede ser para compensar el 100% o menos de las ineficiencias. En el caso que haya disponibilidad de potencia en el convertidor para compensar el 100% de las ineficiencias, la red inyectaría únicamente potencia activa fundamental de secuencia positiva a la carga, mostrando unas corrientes de red completamente senoidales. En el caso que no se pueda compensar el 100% de las ineficiencias, se aplicaría una compensación selectiva en donde se debe ponderar las potencias ineficientes y de acuerdo, con la potencia disponible del convertidor se compensarán parcialmente cada una de las potencias ineficientes. Dando como resultado que la red inyecte o no potencia activa, además de la potencia no eficiente que falte por aportar a la carga. Con estas 2 aplicaciones operando en simultáneo se dice, que el convertidor DC/AC está operando en modo híbrido de generación -compensación. La identificación de cada una de las potencias se basa en el IEEE Std. 1459-2010. en función de las corrientes y tensiones medidos en el punto de conexión a red. Según esta descripción se plantea y evalúa un algoritmo de simulación para la mejora del aprovechamiento del convertidor DC/AC y la optimización de la potencia aparente efectiva conectado a sistemas de generación distribuida. Finalmente se somete el algoritmo a simulación y se presentan los resultados del sistema híbrido de generación -compensación para una misma carga que contenga armónicos, desbalance y desequilibrio; bajo diferentes configuraciones de corriente máxima del convertidor y corriente generada por el modelo del sistema de generación de energías renovables.

[EN] This work is based on the operation of DC/AC converters connected to electrical distribution networks in distributed generation systems. The generated active power is delivered to the grid through the DC/AC converter. This power can be absorbed by the loads connected downstream to the converter connection point or even delivered to the grid if the power exceeds the load requirements. When the generation sources are renewable energy sources, and due to their dependency on weather conditions, they do not operate 24 hours a day at rated power, wasting the use of the DC/AC converter capability. For this reason, a way to improve the use of the converter is to make it work as a power compensator, as reported in several studies. This is of great utility since the electrical distribution networks are not fully efficient due to the presence of current and voltage unbalance, current phase shift and harmonic distortion. These kind of phenomena could affect the rest of the connected installations, reducing the quality of the electrical power supply. The difference between the active power injected by the distributed generation system and the nominal power of the DC/AC converter will be the power available for the compensation of these inefficient phenomena, that might be fully compensated or not depending on this available power. In the case that there is enough power available in the converter to compensate 100% of the inefficiencies, the network will show fully sinusoidal network currents, meaning that only active power is being delivered or absorbed by the distribution network. When full compensation is not possible, a selective compensation would be applied. Selective compensation will be done by weighting the inefficient powers to perform a partial compensation. As a result, the grid will inject or not active power, in addition to the inefficient powers that may not be compensated by the converter. This dual operating mode can be named hybrid generation-compensation mode. The identification and quantification of the inefficient phenomena is based on IEEE Std. 1459-2010. According to this description, an algorithm for the improvement of the DC/AC converter utilization through the optimization of the effective apparent power is proposed and evaluated by simulation. The results of the hybrid generation-compensation system are presented for the same load containing harmonics, unbalance and imbalance; under different configurations of maximum current of the power converter and different generated power values from the renewable energy generation system.

[CA] El present treballe presa com a referent el funcionament d'un convertidor DC/AC connectat en paral·lel a xarxes de distribució elèctrica en sistemes de generació distribuïda. On la potència activa generada pel convertidor DC/AC és entregada al punt de connexió a xarxa i aquesta serà absorbida per la càrrega d'acord amb els seus requeriments. En el cas que la potència activa fonamental de seqüència positiva que requereix la càrrega siga menor que la potència activa generada pel convertidor DC/AC, la potència activa fonamental de seqüència positiva romanent serà absorbida per la xarxa elèctrica. Pel fet que les fonts de generació són fonts d'energies renovables i depenen generalment de les condicions climatològiques aquestes no funcionen les 24 hores al 100%, desaprofitant l'ús de la potència aparent nominal del convertidor DC/AC. Per aqueix motiu es busca la manera de millorar l'aprofitament del convertidor, podent-se utilitzar com un compensador d'ineficiències tal com el refereixen múltiples estudis. Això és de gran utilitat ja que en l'actualitat les xarxes de distribució elèctrica presenten altes ineficiències a causa de la mena d'equips que es connecten i generen desequilibri de corrents i tensions, desfasament de corrent i distorsió harmònica, afectant la resta d'instal·lacions connectades i disminuint la qualitat del subministrament elèctric. On la diferència entre la potència activa injectada pel sistema de generació distribuïda i la potència nominal del convertidor DC/AC és la potència disponible per a la compensació dels fenòmens ineficient de la càrrega. Això vol dir que la potència de compensació d'ineficiències pot ser per a compensar el 100% o menys de les ineficiències. En el cas que hi haja disponibilitat de potència en el convertidor per a compensar el 100% de les ineficiències , la xarxa bé podria o no injectar només potència activa fonamental de seqüència positiva a la càrrega, mostrant uns corrents de xarxa completament *senoidales. En el cas que no es puga compensar el 100% de les ineficiències, s'aplicaria una compensació selectiva on s'ha de ponderar les potències ineficients i d'acord amb la potència disponible del convertidor es compensaran parcialment cadascuna de les potències ineficients. Donant com a resultat que la xarxa injecte o no potència activa, a més de la potència no eficient que falte absorbir la càrrega. Amb aquestes 2 aplicacions operant en simultani es diu que el convertidor DC/AC està operant en manera híbrida de generació -compensació. La identificació de cadascuna de les potències es basa en el *IEEE *Std. 1459-2010. en funció dels corrents i tensions mesurats en el punt de connexió a xarxa. Segons aquesta descripció es planteja i avalua un algorisme de simulació per a la millora de l'aprofitament del convertidor DC/AC i l'optimització de la potència aparent efectiva connectat a sistemes de generació distribuïda. Finalment se sotmet l'algorisme a simulació i es presenten els resultats del sistema híbrid de generació -compensació per a una mateixa càrrega que continga harmònics, *desbalance i desequilibri; sota diferents configuracions de corrent màxim del convertidor i corrent generada pel model del sistema de generació d'energies renovables.