Control de un Convertidor de Potencia para aplicar Regulación de Frecuencia basada en la emulación de Inercia virtual

Abstract

El objetivo principal de este proyecto es poner en funcionamiento el algoritmo de control de frecuencia que permite la emulación de Inercia virtual desde un convertidor de potencia trifásico conectado a red, con el fin de poder contribuir a la Regulación de frecuencia de manera distribuida. En primer lugar, se realizará una recopilación de todos los conceptos teóricos involucrados en la comprensión del funcionamiento de la red y la relación existente entre la frecuencia de red y la potencia activa. También se mostrará la importancia de la Inercia de la red, y cómo afecta ésta a la dinámica de la frecuencia. Posteriormente, se desarrollará el control del convertidor de potencia basado en el sistema de referencia síncrono {dq}, y se implementará para este caso el bloque de control de frecuencia mencionado, comparándose los resultados para distintas situaciones con las que se puede encontrar el convertidor en la práctica. Se analizarán también diferentes mecanismos de sincronización del convertidor de potencia con la frecuencia de red, como herramienta necesaria para poder poner en funcionamiento las estrategias de control utilizadas en este proyecto. Por último, se implementará una segunda estrategia de control alternativa a la primera, basada en el uso de un Control Resonante, trabajando en los ejes estacionarios {αβ}. Para esta estrategia de control se introducirá una forma modificada del cálculo de las corrientes de referencia del convertidor, que permite una mejora de las formas de onda de las corrientes de salida cuando la red se encuentra en situación de falta.

The main objective of this project is to implement the frequency control algorithm that allows the emulation of virtual inertia in a three-phase power converter connected to the grid, for contributing to the frequency regulation in a distributed manner. First of all, a compilation of all the theoretical concepts involved in the understanding of grid operation and the relationship between grid frequency and active power will be made. The importance of grid inertia and how it affects frequency dynamics will also be shown. Subsequently, the control of the power converter based on the {dq} synchronous reference frame will be developed, and the frequency control block will be implemented for this case, comparing the results for different situations that the converter may encounter in practice. Furthermore, different mechanisms for synchronising the power converter with the grid frequency will also be analysed as a necessary tool for implementing the control strategies used in this project. Finally, a second control strategy will be implemented as an alternative to the first one, based on the use of a Resonant Control working on the {αβ} stationary reference frame. For this control strategy, a modified way of calculating the converter’s reference currents will be introduced, which allows an improvement in the output current waveforms when the grid is in a fault situation.