Modelado y control de una microrred eléctrica

Abstract

Con el paso del tiempo, la industria eléctrica tiende cada vez más a un modelo descentralizado, donde la generación eléctrica está próxima al lugar en el que se produce, sumado a un incremento del uso de las energías renovables. Este cambio de tendencia ha dado como resultado las microrredes. Estas se definen como sistemas eléctricos completos (generación – transmisión - consumo) a una escala reducida, que se integran como sistemas independientes en la Red principal. Esta integración requiere de sistemas de control que garanticen cuestiones como: estabilidad de la frecuencia y de amplitud entre la microrred y la Red, flujo de potencia estable (inyección/absorción de potencia entre la microrred y la Red), comunicación entre sistemas descentralizado y centralizado (sólo en el caso de gobernar las microrredes desde un órgano central), etc. En este Trabajo Fin de Grado se va a estudiar una microrred conectada a la Red, modelando ambas entidades en Matlab-Simulink, e implementando un control de primera capa, cuya misión es gestionar el flujo de potencia entre la Red y la microrred. Para ello, se utilizan los datos de tensión y corriente del convertidor de potencia (inversor) de la microrred. En concreto, se elaborarán dos controles diferentes: control P/Q y “droop control”. El primero de ellos, servirá para establecer todo el sistema de control de la microrred (transformación αβ de las medidas locales, cálculo de las referencia, seguimiento de las corrientes αβ y modulación basada en “Space Vector” para control de los IGBT del inversor) y se centrará en gobernar la inyección/absorción de potencia activa y reactiva a partir de la generación de referencias de corriente. El segundo controlador gestiona el mismo flujo de potencia, pero atendiendo a cuestiones de estabilidad de la frecuencia y la amplitud de tensión, es decir, corregir desviaciones entre la frecuencia medida y deseada gestionando la potencia activa, y corregir desviaciones de amplitud gestionando la potencia reactiva. Para verificar el funcionamiento de los controladores anteriormente presentados, se realizarán varias simulaciones que demostrarán el buen funcionamiento de ambos controladores. Se pondrá especial hincapié en el flujo de potencia entre la microrred y la Red, y en el análisis del funcionamiento de los distintos controladores.

With the passage of time, the electricity industry tends more and more to a decentralized model, where electricity generation is close to the place where it is produced, added to an increase in the use of renewable energies. This change in trend has resulted in microgrids. These are defined as complete electrical systems (generation - transmission - consumption) on a reduced scale, which are integrated as independent systems in the main grid. This integration requires control systems that guarantee issues such as: frequency and amplitude stability between the microgrid and the Grid, stable power flow (power injection/absorption between the microgrid and the Grid), communication between decentralized and centralized systems (only in the case of governing the microgrids from a central body), etc. In this Final Degree Project, a microgrid connected to the Grid will be studied, modeling both entities in Matlab-Simulink, and implementing a first layer control, whose mission is to manage the power flow between the Grid and the microgrid. For this, the voltage and current data of the microgrid power converter (inverter) are used. Specifically, two different controls will be developed: P/Q control and “droop control”. The first one will be used to establish the entire microgrid control system (αβ transformation of local measurements, reference calculation, αβ currents monitoring and modulation based on “Space Vector” to control the inverter IGBTs) and it will focus on governing the injection/absorption of active and reactive power from the generation of current references. The second controller manages the same power flow, but attending to questions of frequency stability and voltage amplitude, that is, correcting deviations between the measured and desired frequency managing active power, and correcting amplitude deviations managing reactive power . To verify the operation of the previously presented controllers, several simulations will be carried out that will demonstrate the proper operation of both controllers. Special emphasis will be placed on the power flow between the microgrid and the Grid, and on the analysis of the operation of the different controllers.