Los recursos de energía renovable que utilizan inversores formadores de red pueden regular activamente el voltaje y la frecuencia en la red eléctrica, imitando la inercia de los generadores síncronos. Esta capacidad mejora la estabilidad de frecuencia y la respuesta de los sistemas eléctricos.
Teniendo esto en cuenta, un grupo de investigación de la Universidad de Colorado Boulder, en Estados Unidos, ha desarrollado una técnica de control de caída diseñada para mejorar la respuesta a las perturbaciones de los sistemas eléctricos de cualquier tamaño, en particular aquellos con una alta proporción de inversores formadores de red.
El control de caída funciona replicando las características inherentes de «caída» de los generadores síncronos tradicionales, lo que garantiza que la potencia de salida sea inversamente proporcional a la frecuencia del sistema para la potencia activa y al voltaje para la potencia reactiva.
La novedosa estrategia de control, denominada Droop-e, establece una relación no lineal entre la potencia activa y la frecuencia utilizando una función exponencial de la potencia de salida. Según los investigadores, este enfoque mejora la utilización del margen disponible al tiempo que reduce las variaciones de frecuencia y la tasa de cambio de la misma.
En este contexto, el margen se refiere a la capacidad disponible de la red para satisfacer la demanda futura sin necesidad de mejorar la red.
«La idea principal detrás del concepto Droop-e es sustituir el control lineal de la frecuencia de caída de un dispositivo formador de red por una función exponencial de distribución de potencia», explicaron los científicos. «Esto permite un diseño en el que se reducen los cambios de frecuencia para los dispositivos con un amplio margen disponible, lo que les permite intercambiar potencias activas relativamente mayores con la red, al tiempo que se producen desviaciones de frecuencia correspondientemente menores».
El controlador Droop-e funciona con todas las capacidades de carga y descarga de un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS). Las capacidades de ajuste de frecuencia de los inversores formadores de red crean las condiciones para que un controlador secundario realice pequeños ajustes de frecuencia y detecte los cambios resultantes en la potencia de salida.
Además, la respuesta exponencial del controlador permite que la frecuencia del dispositivo formador de red se ajuste y, finalmente, se alcance un objetivo de reparto de potencia «parametrizado».
Los investigadores informaron de que la continuidad de la curva, los criterios de sincronización y el análisis de estabilidad de pequeña señal confirmaron la estabilidad del controlador propuesto. Según se informa, se logró una mayor utilización del margen disponible, un nadir de frecuencia menos desviado —el punto más bajo de la caída de frecuencia de una red durante los periodos de desequilibrio— y una tasa de cambio de frecuencia más favorable, junto con una mejora de la dinámica de frecuencia y un comportamiento natural de limitación de potencia.
«La estrategia de control Droop-e muestra un enorme potencial para mejorar la estabilidad de la frecuencia y la resiliencia de las redes eléctricas emergentes mediante una utilización más eficiente de los recursos energéticos disponibles, en particular los BESS, que normalmente no funcionan cerca de sus límites de potencia», concluyó el equipo.
La nueva técnica se presentó en «Autonomous grid-forming inverter exponential droop control for improved frequency stability» (Control exponencial autónomo de la caída de tensión del inversor formador de red para mejorar la estabilidad de la frecuencia), publicado en la revista International Journal of Electrical Power & Energy Systems.
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