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Title:
SYNCHRONOUS CONTROL METHOD FOR FACILITIES WITH MULTIPLE DISTRIBUTED POWER GENERATION UNITS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/064270
Kind Code:
A1
Abstract:
The synchronous control method for facilities with multiple distributed power generation units is comprised of a plant controller which gathers electrical measurements and operates at the common point of interconnection, being responsible for the management of the active and reactive power flow supplied to the electricity network by means of the optimal distribution of the power references of all the elements constituting the distributed power generation facility. The method is implemented by means of a hierarchical structure, regulating the levels of power supplied by each power conversion unit, by means of the electromechanical emulation of the synchronous machine and its interconnection impedance to the electricity network. The control system can adjust the basic parameters of the electromechanical system, inertia and damping factor; and of the interconnection impedance, resistance and reactance, for the purpose of optimising the operation of the facility under different operating conditions.

Inventors:
RODRÍGUEZ CORTÉS, Pedro (Edifici GAIA Rambla Sant Nebridi 22, Terrassa, ES)
CANDELA GARCÍA, José Ignacio (94 3-1, Terrassa, ES)
TARRASO MARTÍNEZ, Andrés (6 4-2, Terrassa, ES)
LAI, Ngoc Bao (C/ Castillo de Aroche 1, Sevilla, ES)
LUNA ALLOZA, Álvaro (171 1-1, Terrassa, ES)
Application Number:
ES2020/070591
Publication Date:
April 08, 2021
Filing Date:
September 30, 2020
Export Citation:
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Assignee:
UNIVERSITAT POLITECNICA DE CATALUNYA (C/ Jordi Girona 31, Barcelona, ES)
International Classes:
H02J3/38
Attorney, Agent or Firm:
TORNER LASALLE, Elisabet (JUNCOSA I ASSOCIATS SL,Gran Via de les Corts Catalanes, 669 bi, 1r 2a Barcelona, ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1. Un método de control síncrono para plantas de generación formadas por múltiples unidades de generación Ee-potencia, el cual gestiona la potencia suministrada a la red eléctrica (3) de al menos una unidad de generación de potencia conectada ai punto de acoplo común (4) entre la red eléctrica (3) y la planta, caracterizado porque el método comprende determinar unas referencias de potencia activa, (8) y reactiva (9) síncrona para cada estación de generación de potencia mediante un controlador de planta (6), centralizado, que emula la respuesta electromecánica de una máquina síncrona virtual agregada, proporcionando de esta manera soporte dinámico a la regulación de tensión y frecuencia de la red eléctrica (3).

2. El método de la reivindicación 1 , en donde el controlador de planta (6) consta de un controlador electromecánico (11) que establece una variación de velocidad angular de un rotor virtual (22) de un generador síncrono virtual agregado (13) a partir de la diferencia entre la referencia de potencia activa (8) y la medida dé ésta en el punte de acoplo común (4) de la planta con la red eléctrica (3), y en donde la dinámica del controlador electromecánico (11 ) está definida por unos parámetros de constante de inercia (H) y factor de amortiguamiento (D).

3. El método de la reivindicación 2, en donde un ángulo de carga de la planta (14) se establece por el controlador de planta (6) a partir del vector de tensión en el punto de acoplo (4) común entre la planta y la red eléctrica (3) el cual se proyecta sobre un sistema de referencia síncrono, cuya posición angular viene fijada por un ángulo de fase del rotor virtual (22) del generador síncrono virtual agregado (13), el cual se obtiene a su vez integrando una variación de velocidad angular que establece el controlador electromecánico (11), 4, El método de la reivindicación 1, en donde un controlador de la fuerza electromotriz,

FEM, (12) contiene un controlador de potencia reactiva en el punto de acoplo común (4) entre la planta y la red eléctrica (3) para regular la magnitud de la FEM del generador síncrono virtual agregado (13).

5. El método de la reivindicación 2 o 4, en donde la magnitud de la FEM y el ángulo de carga se utilizan para determinar una potencia de referencia activa y reactiva (19) para las unidades de generación de la planta a partir de unas ecuaciones de transferencia de potencia entre dos fuentes síncronas de tensión alterna conectadas a través de una impedancia virtual

6. El método la reivindicación 5, en donde ios valores de la impedancia virtual definidos por la ecuación de transferencia; de potencia entré fuentes síncrona de tensión alterna pueden ser definidos independientemente para cada unidad de conversión de potencia, o para una unidad úntea central que define la interconexión entre la red eléctrica (3) y todos las unidades de generación de manera única,

7. El método de la reivindicación 5, en donde un sistema de reparto de potencia (30) define de manera dinámica ia distribución de potencia activa y reactiva para todas las unidades de generación de potencia que constituyen la planta dé generación síncrona virtual.

Description:
Método de control síncrono para plantas con múltiples unidades de generación de potencia distribuida

SECTOR DE LA TÉCNICA

Esta invención pertenece al sector de tos controladores de sistemas eléctricos de generación de potencia y presenta una estructura de control que permite regular la potencia activa y reactiva suministrada por una planta de generación distribuida, formada por múltiples unidades generadoras basadas en convertidores de potencia, para que dicha planta se comporte como un generador síncrono agregado, con una dinámica y respuesta única en él punto de conéxión con la réd eléctrica. El método de control presentedo actúa como control primario de la planta de generación distribuida y permite que dicha planta distribuida présente unas características dinámicas similares a la de un único generador síncrono electromecánico conectado en el punto de acopio a red de la planta. El método de control presentado, además de regular la potencia activa y reactiva suministrada en el punto de conexión a red, habilita a la planta de generación distribuida para proveer soporte al control de la tensión y tie la frecuencia de la red eléctrica de un modo inherentemente síncrono, sin que resulte necesario alterar el control local de cada una las; múltiples unidades generadoras basadas en convertidores de potencia que constituyen la plante. El método de control presentado establece dinámicamente las referencias de potencia activa y reactiva rte cada una de las unidades de generación de potencia de la planta en tendón de las referencias recibidas, del estado de la red y de los parámetros internos del controlador.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las energías renovables se han convertido en las fuentes dé generación del futuro. Su gran impulso ha causado que las fuentes de generadón convencionales, conectadas a red a través de generadores síncronos convencionales, hayan empezado a reducir drásticamente su peso especifica en la producción de potencia en los últimos años. Entre otras, las fuentes de origen fotovoltaico y eólico se interconectan a la red eléctrica mediante convertidores estáticos basados en electrónica potencia, los cuales se componen principalmente de un inversor de potencia, que se encarga de regular el flujo de potencia activa y reactiva suministrado a la red eléctrica. En las redes de corriente alterna convencionales, el mantenimiento y e¡ control de la tensión y la frecuencia de la red, así como la conservación del equilibrio entre la potencia activa y reactiva demandada y la generada se: logra generalmente mediante generadores síncronos, los cuales, gracias a su configuración electromecánica y a los elementos de medida y control que los acompañan,: contribuyen a la continuidad del suministro en la red, tanto en régimen permanente, corno durante las perturbaciones y fallas en la misma. A la red eléctrica resultante de la interconexión de -generadores síncronos se la conoce como red de interconexión síncrona y es el tipo de red utilizada universatmente en todas las redes eléctricas de comenté alterna. Este tipo de redes eléctricas han sido profusamente estudiadas en la bibliografía clásica de sistemas eléctricos de potencia, demostrando su capacidad para regular y mantener la estabilidad del sistema eléctrico.

Hasta hace unos años, las plantas convencionales de generación, basadas: en generadores síncronos electromecánicos:, constituían casi el 100 % del parque de generación eléctrica y eran capaces de garantizar la estabilidad de la red eléctrica. Sin embargo, el elevado incremento en la instalación: de plantas de generación basadas en energías renovables: está cambiando este escenario por dos razones fundamentales. Por un lado, la: producción de la mayoría de las plantas de generación basadas en energía renovable (sin almacenamiento de energía) depende en gran medida de las; condiciones climatológicas, lo que hace que su producción no pueda establecerse con completa exactitud en el medro y el largo plazo. Además, también pueden aparecer intermitencias notables en la producción de energía en el codo plazo. La segunda razón que cambia el escenario eléctrico como consecuencia de la integración de energías renovables estriba en el hecho de que esté tipo de fuentes renovables sé conectan a la red eléctrica mediante unidades de procesado de potencia basadas: en electrónica de potencia; las cuales habituaimente se conocen como convertidores o inversores de potencia. En los sistemas de generación renovable convencionales, estos inversores de conexión a red no incluyen funcionalidades para contribuir al mantenimiento de la tensión y la frecuencia de la red, ni aportan una reserva instantánea de energía en forma de inercia rodante para mantener la operación estable de la red cuando: se producen desequilibrios inesperados entre la generación y la demanda en la red. Por tanto, estos inversores pueden: impastar negativamente a: la estabilidad de la red eléctrica. De modo que, una alta integración de energías renovables en las redes eléctricas puede hacer que éstas se temen vulnerables a los: desajustes entre la generación y la demanda, reduciendo así la estabilidad dinámica de todo el sistema. Este problema en la operación de las redes; con alta penetración de renovables ha dado lugar ai desarrollo de nuevos contra factores para los inversores de potencia que contribuyen .a que la red eléctrica tenga un comportamiento dinámico estable cuando integrar estas fuentes de energía. La mayoría de estos controladores pretenden actualizar los sistemas de control convencionales para que los Inversores conectados a red presenten un comportamiento dinámico adecuado que contribuya y la mejora de la estabilidad de frecuencia y de tensión en la red eléctrica. En este sentido, en los últimos años han cobrado; relevancia una serie de controladores qué pretenden emular el comportamiento dinámico de una maquina; síncrona: electromecánica. Normalmente, estos controladores añaden una capa de control síncrono adicional al controlador de corriente convencional para así permitir que los inversores convencionales presénten las ventajas que ofrecen generadores sincronos electromécanicos en lo que a respuesta dinámica se refiere.

Actualmente, la mayoría de las estrategias de control síncrono descritas en la literatura integran directamente el modelo dinámico de una maquina síncrona en el íirroware de control del convertidor de potencia. Ademáis, la mayoría de los métodos propuestos para emular el comportamiento dinámico de una máquina síncrona incluyen la emulación de una impedancia virtual, lo cual implica que el convertidor de potencia opere como una fuente de tensión: controlada. Por ejemplo, en CN104377697A y US20110153113A1 se presentan dos algoritmos de control en ios que se emula la dinámica eléctrica del rotor de una maquina síncrona para proveer de esta manera soporte a la red eléctrica. Como estos métodos se basan en la emulación: de una impedancia virtual, su componente derivativa añade problemas de estabilidad en el control del convertidor cuando existen fluctuaciones de tensión. Por este motivo se han propuesto otras técnicas para solucionar dicho inconveniente.

En ES2402465B1 se presenta un algoritmo de control basado en una admitancia virtual, por lo tanto, el convertidor de potencia opera como una fuente de corríante controlada:. Dicho algoritmo determina la corriente de referencia a partir de la diferencia entre la tensión de la fuerza electromotriz, virtual y la tensión medida en el punto de interconexión del inversor a través de una admitancia. Mediante éste método, se elimina la componente derivativa que aparecía en lo: impedánda virtual, solucionando el problema de estabilidad frente a fluctuaciones: de tensión. En ES2402499B1, la fuerza electromotriz virtual se obtiene mediante una estrategia de control en la que el modelo electromecánico del generador síncrono virtual se determina en base al coeficiente de amortiguamiento y la inercia mecánica de dicho generador.

Estos métodos de control síncrono se programan en ios controladores locales década una de las estaciones de conversión de potencia que constituyen una planta de generación distribuida, De esta forma, cada estación de conversión dé potencia reacciona de manera independiente a las posibles perturbaciones: que puedan aparecer en la red, presentando cada estación una dinámica propia y Ofreciendo un determinado nivel de potencie!. Por lo tanto, este esquema de control no permite operar una planta formada por múltiples unidades generadoras como un sistema único agregado, en ei qué se pretende que la planta en su conjunto ofrezca soporte a: la red en un determinado punto do conexión con el sistema.

Según lo expuesto, la presente invención propone un nuevo método de control síncrono virtual de plantas de generación, donde toda la planta opera como un gran generador síncrono agregado conectado en el punto de acoplo común entré la planta y la red, contribuyendo al soporte en frecuencia y tensión de la red eléctrica y mejorando de esta manera la estabilidad del sistema.

BREVE EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El método de control síncrono agregado objeto de esta invención es un sistema de control para : plantas de generación formadas por múltiples: unidades de generación basadas en convertidores de potencia, el cual es capaz de emular el comportamiento dinámico de un único sistema síncrono agregado conectado al punto común de interconexión de la planta generadora con la red: eléctrica.

El sistema de control y su método asociado: está compuesto por un controlador de planta que mide las variables eléctricas en el punto de interconexión común y opera la planta desde ese punto, encargándose derla gestión del flujo de potencia suministrado por la planta a la red eléctrica mediante la distribución óptima de referencias: de potencia a todas las unidades de conversión de potencia que constituyen la planta. Este método de control se implementá mediante una estructura jerárquica, haciendo posible la regulación de ios niveles de potencia suministrados por cada unidad de conversión de potencia mediante un centrol que emula la respuesta de un generador síncrono a nivel de planta. Esta estructura jerárquica de control emula el sistema electromecánico equivalente de un generador síncrono virtual agregado, así como su impedancia de interconexión con la red eléctrica, El sistema de control puede ajustar tanto los parámetros del sistema electromecánico (la constante de inercia y el factor de amortiguamiento), como los de la impedancía de interconexión a red (resistencia y reactancia), con el proposito de optimizar el funcionamiento de la planta en diferentes condiciones de operación. El método de control presentado se puede subdividir en tres partes, el controlador de la impedancía virtual de interconexión con la red eléctrica, el controlador electromecánico y el controlador de la fuerza electromotriz (FEM) del generador síncrono virtual agregado.

El controlador de la impedancia virtual de interconexión con la red determina los niveles de potencia activa y reactiva síncrona que se enviarán como referencia a cada unidad generadora de la planta distribuida. La potencia activa y reactiva que debe entregar la planta a ia red en su punto de acoplo, la cual servirá de referencia para las múltiples unidades generadoras de la planta, se calcula a partir del ángulo de carga d del sistema, cuyo valor se obtiene como salida del controlador electromecánico, de la referencia de tensión virtual, E v , cuyo valor se obtiene del controlador de la FEM, y de la tensión medida en el punto de interconexión común V.

Para determinar estás potencías se Utilizan las fórmulas (1) y (2) de transferencia de potencia entre dos fuentes síncronas de tensión alterna conectadas a través de una impedancia de valores R y X. En (1) y (2), X y R constituyen la impedancia virtual equivalente de Interconexión entre la fuerza electromotriz del generador síncrono virtual agregado: y el punto de acoplo común con la red eléctrica. Los valores de X y R pueden ajustarse para optimizar la interacción de la planta con la red.

El controlador electromecánico de la planta determina el ángulo de carga δ del sistema, que es el ángulo entre la fuerza electromotriz riel generador síncrono virtual agregado E v y la tensión en el punto de acoplo común con la red eléctrica K Esté ángulo de carga es el que determina principalmente el flujo de potencia activa en sistemas síncronos. Éste ángulo de carga es función de la diferencia entre la potencia de referencia y la potencia realmente suministrada por ia planta, medida en el punto de acoplo común con la red. La evolución dinámica de este ángulo depende principalmente de la constante de Inercia (H) y del factor de amortiguamiento (D) que se fijen en el modelo del generador síncrono virtual agregado.

El controlador de fuerza electromotriz determina el valor de la fuerza electromotriz interna E y del generador síncrono virtual agregado, el cual se envía como entrada ai controlador de la impedancia virtual. La diferencia entre la potencia reactiva de referencia del generador síncrono virtual agregado y la potencia reactiva que realmente suministra la planta, medida en el punto de acoplo común con la red eléctrica, regula ia amplitud de B v . En generaderes síncronos, la amplitud de la fuerzaelectromotriz determina principalmente el flujo de potencia reactiva del generador. Por tanto, el controlador de la amplitud de ia fuerza electromotriz del generador síncrono virtual agregado es el encargado de regular la potencia reactiva que suministra la planta a la red eléctrica.

Así pues, la presente invención permite mejorar la estabilidad de la red eléctrica contribuyendo dinámicamente al soporte en la tensión y la frecuencia deí sistema,

BREVE DESCRlPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción de la invención y con objeto de aclarar el funcionamiento del controlador jerárquico presentado, se describen las figuras en las que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se presenta lo siguiente:

La Flg. 1 presenta el esquema general de una planta de generación distribuida, la cual está compuesta por múltiples unidades de generación inversores, conectada al punto de acoplo común con la red eléctrica. La Fig, 2 presenta la estructura del controlador de la planta de generación, donde se integra el controlador electromecánico, el controlador de la FEM, y el controlador de la impedancia virtual para determinar el flujo de potencia de la planta en su punto de acoplo común con la red.

La Fig. 3 presenta de forma detallada los elementos que forman el controlador de la planta.

La Fig. 4 presenta de forma detallada el controlador de planta, integrando además los lazos de control droop para la regulación de la frecuencia y la tensión de la red.

La fig. 5: presenta de : forma detallada: los elementos que forman una unidad de generación de potencia.

La Fig. 6a muestra un gráfico representativo de id: evolución de la tensión en el punto de acoplo de d planta con la red eléctrica durante un hueco de tensión en la red,

La Fig. 8b muestra un gráfico représéntativo de la evolución de la potencia activa y reactiva suministrada por la planta distribuida en el punto de acoplo de la planta con la red eléctrica durante un hueco de tensión en la red.

La Fig. 6c muestra un gráfico representativo de la evolución de la potencia suministrada por cada unidad de conversión de potencia que constituye la planta distribuida durante un hueco de tensión en la red.

La Fig, 6d muestra un gráfico representativo de la evolución de la corriente alterna a la salida de cada estación de conversión de potencia durante un hueco de tensión en la red.

La Rg. 7a muestra un gráfico representativo de la inyección de: potencia activa en ei punto de acoplo de la planta con la red eléctrica durante la desconexión de una carga en la red para diferentes valores de la constante de inercia del generador síncrono virtual agregado.

La Fig. 7b muestra un gráfico representativo de la Inyección de potencia reactiva en el punto de acoplo de la planta con la red eléctrica durante la desconexión de una carga en la red para diferentes valores de la constante de inercia del generador síncrono virtual agregado.

La Fig. 8a muestra un gráfico representativo de la distribución de potencia entre las diferentes unidades de conversión de potencia que componen la planta de generación durante la desconexión de una carga en la red. La Fig. 8b muestra un gráfica representativa de la corriente alterna de salida de cada unidad de conversión do potencia que componen la planta de generación durante la desconexión de uña carga en la red,

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN Y DE UNOS EJEMPLOS DE REALIZACIÓN

A continuación, sé presenta una realización preferente de la invención haciendo referencia a las figuras presentadas previamente.

Una posible realización preferente del control síncrono para una planta de generación renovable, por ejemplo una planta fotovoltaíca, se presenta en la Fig, 1. Todas las unidades de generación de potencia incluidas dentro de la planta de generación están compuestas: por su fuente de energía primaria (1) y un inversor de potencia (2), La planta de encuentra conectada, a la red eléctrica (3) a través del punto de acoplo común (4). Las mediciones de tensión y corriente se realizan en el punto de acopio común (5), desde donde opera el controlador de la planta (6) Este controlador se encarga de generar las potencias de referencia (7) para cada una de las unidades de generación de potencia que constituyen lá planta. Mediante estas referencias, cada unidad de generación de potencia Inyectará le potencia fijada por el controlador de la planta (6) para mantener un flujo de potencia en e) ponto de acoplo común (4) con la red eléctrica (3), Las señales de referencia para cada unidad de generación de potencia son enviadas desde el controlador de la planta: (6). el cual ejecuta los algoritmos de control de los controladores representados en la Fig . 2 a partir de la comparación entre la referencia de potencia activa (8) y reactiva (9) y la potencia medida en ei punto de acoplo común con la red eléctrica (3). Por un lado, el controlador de planta (8) está compuesto por un controlador electromecánico (11), cuyo propósito es generar el ángulo de carga de la planta, δ (14), necesario para regular e! flujo de potencia activa en el punto de acoplo común (4) de la planta con la red (3). Por otro lado, el controlador de la FEM (12) define ia variación de la fuerza electromotriz del generador síncrono virtual agregado, E v (13), la cual regula el flujo de patencia reactiva en el puntó de acoplo común con la red. Mediante ei uso del ángulo de carga, ia tensión virtual de la maquina: síncrona , E v , y la magnitud de tensión de la red eléctrica (15), v , el controlador de la impedancta virtual (18) genera das referencias de potencia activa y reactiva (19) en base a las ecuaciones de transferencia de potencia síncrona. Los valores de: R (17) y X (18) introducidos en las ecuaciones del controlador de la impedancia virtual (16) de interconexión con la red del generador sincronía virtual agregado el punto de acoplo común. Esta impedancia puede ser parametrizada en función de las cáracteríticas de la red eléctrica (3) en el punto de acoplo común (4), permitiendo de esta manera definir la cantidad de potencia generada por la planta. Además, mediante un sistema de repasto de potencia (30), el controlador determina la potencia a entregar por cada unidad de generación potencia de la planta.

En esta realización preferente el controlador electromecánico (11) está compuesto por: un control mecánico (20), el cual emula la característica mecánica de un generador síncrono. Este controlador (1-1) genera la variación dé velocidad angular, Δω, del rotor virtual del generador síncrono virtual agregado (13) para mantener el sistema sincronizado con la red eléctrica (3). Esto valor se suma ai valor nominal de la frecuencia de la red eléctrica (21) y se integra para calcular el ángulo de fase de la FEM θ(22) del generador síncrono virtual agregado 13, Utilizando este ángulo, la tensión medida v (23) en el punto de acoplo común (4) de la planta con la red eléctrica (3), se proyecta sobre un sistema de coordenadas síncronas dq mediante la transformada de: Parle. De esta manera, utilizando un bloque de arco tangente (24), se extrae el valor correspondiente al ángulo de carga 3. En una realización preferente, se puede aumentar o disminuir el factor de amortiguamiento dél controlador electromecánico (11) de manera dinámica para adaptarse a los posibles eventos que puedan ocurrir en la red eléctrica (3). De está manera es posible eliminar frecuencias sub-sincronas cuando ocurren conexiones de cargas, proporcionar un mayor soporte a la red eléctrica (3) frente a variaciones de frecuencia y tensión, e incluso acortar el tiempo de sincronización de la planta cuando se conecta a la red eléctrica (3).

Para mejorar el soporte a la regulación de la tensión y la frecuencia de la red eléctrica, se puede incorporar un controlador de tipo "droop” en una realización preferente para modificar la potencia de referencia activa (31) y reactiva (32) en función de la curva especificada por el operador de la planta, respondiendo de esta manera a los requerimientos definidos por los códigos de red. Este controlador define el nivel de potencia activa y reactiva total a suministrar o absorber en el punto de acoplo común (4) con la red (3) en función de la frecuencia y la tensión en dicho punto. El controlador de la FEM (12) está compuesto por un controlador de potencia reactiva

(25), el cual se encarga de generar la variación de tensión, ΔE , necesaria para regularer flujo de potencia: reactiva en el punto de acoplo común (4) de la planta con la red eléctrica (3), Este valor, sumado a la tensión nominal de la red eléctrica E o

(26), genera la referencia de amplitud para la FEtt/l del generador síncrono virtual agregado (13),

En está realización preferente, la generación de las potencias de referencia para las diferentes unidades de generación se realiza a partir de las ecuaciones de transferencia de potencia síncrona que están programadas en el controlador de la impedancía de interconexión a red (27), En estas ecuaciones, los valores de la resistencia y la reactancia virtual se fijan en base a la interacción eléctrica deseada entre el generador síncrono virtual agregado y la red eléctrica. En esta impiernentación preferente, se define un único valor de resistencia y de reactancia virtual para el generador síncrono virtual agregado (13), emulando de esta manera una interconexión única con la red eléctrica (3) para las diferentes unidades de generación. Las referencias de potencia activa (28) y reactiva (29) para el generador síncrono virtual agregado (13) se distribuyen entre las diferentes unidades de generación (convertidores de potencia) mediante un sistema de reparto proporcional de potencia (30).

En una realización preferente distinta a la que aquí se presenta, se pueden usar múltiples impedaneias virtuales en e¡ controlador de la planta (6) para generar de manera independiente la referencia de potencia de cada una de las unidades de generación de potencia de la planta. En ese caso, sería necesario definir él valer de la resistencia y reactancia virtual individual de cada unidad de generación de potencia para establecer sus niveles de potencia de referencia.

La Fig. 5 muestra la estructura típica de una unidad de generación de potencia de la planta· El- controlador (35) de la unidad de potencia genera corrientes de referencia para un módulo de potencia (33) a partir de las referencias enviadas desde el controlador de planta (6). Adicionalmente, la unidad de generación de potencia tiene un filtro (34) de salida para filtrar ias componentes de alta frecuencia de las ondas de tensión generadas por el inversor, disminuyendo asi el rizado y él contenido armónico de la corriente de salida del mismo, A continuación, se describen algunas formas de onda significativas resultantes de la implementación preferente propuesta. La planta de generación: de potencia utilizada para obtener estas formas de onda está compuesta por cuatro unidades de generación de potencia (inversores) conectados medíante conductores al punto de acoplo común (4) de la planta con la red eléctrica (3). Cada unidad de generación está compuesta por una fuente primaría de tensión de continua, un módulo de potencia, un filtro de salida y un controlador de corrientes que regula la potencia de salida de la unidad (inversor). El controlador de planta (6) obtiene ia información de tensión y corriente medidas en el punto de acoplo (4) de la planta con la red eléctrica (3) y se encarga de regular el flujo de potencia del generador síncrono virtual agregado con la red eléctrica (3).

Como muestra la Fig. 8, en un primer ensayo de la implementación preferente objeto de esta patente se considera que aparece un hueco de tensión en el punto de acoplo común (4) de la planta debido a una falla en la red eléctrica (3). Durante el ensayo, se evalúa el comportamiento de la planta frente a dicho hueco de tensión. En este caso, el sistema de reparto proporcional de potencia del controlador de planta asigna un valor de potencia de referencia distinto a cada unidad de generación de la planta:. En este ensáye, se ha fijado que la unidad de generación de potencia número 1 entregue el máximo nivel de potencia reactiva, mientras que las demás unidades reducen su potencia inyectada en un 10% respecto a la unidad anterior. De esta manera, la unidad de generación número 2 inyecta; un 90% de la potencia reactiva máxima, la unidad numero 3 inyectará un 80% y (a unidad de generación número 4 inyecta a un 70%,

En la Fig, 6a se observa el hueco de tensión que se produce en la red eléctrica (3), Por un lado, está representado en linea gruesa el perfil de la tensión (valor de pico de la tensión) en el punto de la red en él que sé produce la falla. Por otro lado, se presentan las formas dé onda de la tensión de puntó acoplo común de la planta de generación con (a red eléctrica (3), el cual se encuentra eléctricamente separado del punto de taita a través de una determinada impedancia de red. Como se puede apreciar en la Fig. 8a, la inyección de potencia reactiva por parte de la planta en el punto de acoplo durante el hueco hace que la tensión en dicho punto se incremente un 15% respecto a la tensión en el punto de falta. La Fig, 6b muestra la potencia inyectada por la planta en el punto de acoplo común (4) durante el hueco, ia cual es moyoritariamente reactiva y se regula : medíante el controlador de planta (6). Los niveles de potencia asociados a cada unidad de generación se pueden observar en la Fig. 6c, donde el nivel de potenda reactiva suministrado por cada unidad de generación se regula mediante él sistema de reparto proporcional de potencia del controlador de planta (6). Por ultimo, la comente inyectada por cada unidad de conversión se puede observar en la Fig. 6d. En este caso, las corrientes alternas de las unidades de generación tienen la misma fase, pero difieren en su amplitud.

En un segundo ensayo de la implementación preferente del controlador objeto de esta patente, se observa el efecto en la variación del parámetro de inercia del generador síncrono virtual agregada (13) en ei comportamiento del sistema. En la Fig. 7a se observa como la desconexión de una carga de 40kW de la red eléctrica (3) da lugar a un salto en el ángulo de fase en la tensión de. la misma. En la Fig. 7a se puede observar la respuesta de la planta para tres valores distintos de la constate de Inercia en el controlador de la planta (6). En los tres casos mostrados en la Fig. 7a, los valores asignados a la constante de inercia del controlador de planta (8) son H = 1 s, H = 5 s y H = 10 s. Como se puede apreciar en la Fig. 7a, la duración del transitorio correspondiente a la respuesta inerdal de la planta de generación síncrona virtual es tanto más largo cuanto mayor es el valor de la constante de inercia:. Por tanto, cuanto mayor sea el valor de la constante de inercia mayor será: el soporte que la planta para mantener el comportamiento síncrono de la red eléctrica (3) en caso de perturbaciones.

En un tercer ensayo de la imple mentación preferente, sé analiza lá distribución de potencia activa entre las diferentes unidades de generación de la planta. La Fig. 8 muestra la respuesta de la planta frente a la desconexión de una carga de 40kVV de la red eléctrica (3), lo cual da lugar a un saltó en el ángulo de fase de la tensión en el punto de acopio común de la planta. En este ensayo, el valor establecido para la constante de inercia del controlador de planta (6) es H = 5 s. Además, el reparto de potencia entre las diferentes: unidades de generación se ha: establecido, como en el ensayo anterior, imponiendo una reducción de un 10% en la potencia entregada por cada una dé ellas. En la Fig. 7a se presenta la distribución: de potencia activa para lasdiferentes unidades de generación de potencia que constituyen la planta. Como se puede apreciar, tedas las unidades responden rápidamente con la misma dinámica a la desconexión de la carga, alcanzando a la vez el valor de potencia activa de régimen permanente que establece el controlador de planta (6). Tanto en estado transitorio como estacionarlo, las unidades de generador; se reparten la potencia activa entregada por la planta de acuerdo a la regla de reducción del 10% de la patencia respecto a la unidad anterior. El controlador de planta (6) es el que establece la: dinámica global de la planta en su interacción transitoria con la red eléctrica (3), independientemente del número dé estaciones de generación consideradas.