CAPÍTULO 4. CONTROL GRID-FORMING DEL GADA POR ORIENTACIÓN
4.7. Amortiguamiento de oscilaciones de potencia
En sistemas de potencia convencionales, uno de los principales problemas relacionados con la estabilidad transitoria son las oscilaciones de potencia. Estas oscilaciones surgen como consecuencia de la interacción electromecánica entre generadores síncronos, produciendo modos de oscilación, típicamente en el rango de 0.2 Hz a 2 Hz [63]. Estos modos son afectados negativamente por la introducción de generación basada en electrónica de potencia en el sistema, por lo que es necesario tomar medidas para paliar este efecto perjudicial [35]. Dado que se tratan de oscilaciones de electromecánicas, su atenuación requiere de una alteración del par electromagnético de las máquinas en fase con las oscilaciones de velocidad de las mismas.
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En la literatura, algunas propuestas para amortiguamiento de oscilaciones con el GADA se recogen en [104]–[107], la mayoría basadas en una estructura tipo Power System Stabilizer (PSS) [63]. Sin embargo, la mayoría de estas propuestas no están implementadas sobre un control grid-forming. En este contexto, se ha demostrado que la implementación de un lazo de sincronización que entregue una respuesta P-f de forma natural ya produce cierto amortiguamiento de las oscilaciones de potencia [108]. No obstante, existen técnicas para incrementar esta capacidad, un ejemplo de implementación de una estrategia similar a la presentada en esta tesis aplicada en un convertidor con control grid-forming se presenta en [109].
En este apartado se presentan las técnicas de amortiguamiento de oscilaciones de potencia implementadas en el sistema de control propuesto en esta tesis. Se van a distinguir dos métodos principales: uno basado en la potencia reactiva, el cual se denominará POD-Q;
y otro basado en el intercambio de potencia activa con la red, denominado POD-P en este control.
Fig.4.19. Lazos de control de las componentes síncronas del flujo del rótor con POD-Q.
El principio de funcionamiento del POD-Q es similar al PSS de un GS. El PSS aprovecha el control de la excitación de la máquina síncrona para inyectar potencia reactiva en el sistema. De esta forma, se puede regular la tensión en los nudos del sistema, haciendo que el par electromagnético del resto de máquinas varíe en consecuencia, pudiendo compensar las oscilaciones electromecánicas de las mismas, oponiéndose a estas [63]. En un GS, la potencia reactiva se controla a través de la excitación de la máquina, la cual determina la f.e.m. Como se ha demostrado en el capítulo 3 de esta tesis, la analogía con el GADA se da cuando la variable de acción es el flujo del rótor. Así, es posible implementar un amortiguador de oscilaciones en la GADA actuando sobre la referencia
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del módulo del flujo del rótor, constituyendo el llamado POD-Q. La estructura del POD- Q será similar a la de un PSS4, su implementación y apariencia se observan en Fig.4.19.
Fig.4.20. Lazo de sincronización APS con POD-P.
Una forma más eficaz de amortiguar las oscilaciones de potencia es empleando la propia potencia activa, la cual tiene un impacto directo sobre la parte mecánica de las máquinas, al estar directamente relacionada con el par electromagnético de las mismas. En una planta convencional, esto no es fácilmente implementable dado que la regulación de potencia activa no es rápidamente controlable, debido a las dinámicas mecánicas y termo- hidráulicas de la propia planta. Sin embargo, en el GADA el control de la máquina es mucho más rápido y sencillo en comparación, debido principalmente al empleo de electrónica de potencia para su control. Esto permite implementar una estrategia de amortiguamiento de oscilaciones basada en el control de la potencia activa inyectada a la red. En un primer instante, podría pensarse que el empleo de un control proporcional P-f lo suficientemente rápido, como sucede en este control, sería suficiente para proveer amortiguamiento de oscilaciones, actuando sobre constante proporcional según el objetivo a perseguir. Sin embargo, dado que esta constante establece el error de potencia activa en régimen permanente frente a una excursión de frecuencia, y los sistemas de generación basados en electrónica de potencia a menudo tienen restricciones para proporcionar incrementos de potencia activa mantenidos por encima del punto de máxima potencia, no es adecuado utilizar este parámetro para mejorar el amortiguamiento de oscilaciones de potencia. En su lugar, se utiliza una señal externa. Esta señal adicional es añadida al desvío de frecuencia interna del lazo de sincronización, determinando así el
4 Aunque, en el caso del GADA, no aparecen dinámicas que introduzcan un retraso de fase elevado entre
la señal del POD y su materialización en forma de desvío de par electromagnético, por lo que no es necesaria una compensación de fase.
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POD-P. La estructura que genera esta señal es similar a la de un PSS, como se observa en Fig.4.20.
Como se observa en las dos figuras anteriores, en ambos métodos la estructura de generación de la señal de amortiguamiento toma la frecuencia medida en el POC a través de un PLL que, tras filtrarla, se hace pasar por una función washout con el objetivo de eliminar la componente continua de la señal de frecuencia. De esta forma, una señal basada en las oscilaciones de frecuencia es obtenida, la cual es alimentada a la referencia del módulo del flujo del rótor, 𝜆𝑟𝑑∗ , en el caso del POD-Q; o a la frecuencia interna del lazo de sincronización, 𝜔𝑔, en el caso del POD-P. El cálculo de los parámetros de los bloques washout para cada técnica se lleva a cabo en el capítulo 5 de esta tesis, en base a la estabilidad de pequeña señal del sistema.