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Mejorando la Estabilidad de VSG con Estrategias de Limite de Corriente

Los métodos de limitación de corriente pueden mejorar la estabilidad de los Generadores Sincrónicos Virtuales.

Yifan Zhao, Zhiqian Zhang, Ziyang Xu, Zhenbin Zhang, Jose Rodriguez

― 5 minilectura


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A medida que seguimos usando más fuentes de energía renovable, la necesidad de sistemas de energía estables y confiables se vuelve crítica. Una de las tecnologías que puede ayudar con esto es el Generador Sincrónico Virtual (VSG). Esta tecnología busca llevar los beneficios de los generadores tradicionales a un mundo que depende cada vez más de la energía renovable. Sin embargo, los VSG enfrentan desafíos como situaciones de sobrecorriente, que pueden comprometer su rendimiento. Este artículo discute cómo las estrategias de limitación de corriente pueden mejorar la estabilidad de los VSG.

El Rol del VSG en los Sistemas de Energía

El VSG imita a los generadores tradicionales, permitiendo que funcione bien con fuentes de energía renovable como la solar y la eólica. A diferencia de los generadores convencionales, las fuentes de energía renovable pueden ser impredecibles. Pueden producir demasiada o muy poca energía en varios momentos. El VSG ayuda a manejar esta imprevisibilidad actuando como un generador tradicional, ofreciendo más estabilidad a la red eléctrica.

Limitaciones de Corriente en la Energía Renovable

Uno de los desafíos con las fuentes de energía renovable es su tolerancia a la sobrecorriente. La sobrecorriente ocurre cuando fluye demasiada corriente eléctrica a través de un dispositivo. Esto puede pasar durante cambios repentinos en la oferta o demanda de energía. Dado que las fuentes renovables tienen una tolerancia limitada, es importante implementar estrategias de limitación de corriente para proteger el equipo.

Estrategias de Limitación de Corriente

Existen diferentes estrategias para manejar problemas de sobrecorriente. Algunos métodos comunes incluyen:

  1. Control de Limitador de Corriente: Esta estrategia establece límites en la corriente máxima que puede fluir. Hay variaciones de este método, como:

    • Control de Prioridad de Ángulo: Mantiene el ángulo de potencia constante mientras cambia la corriente.
    • Control de Prioridad en el Eje D: Mantiene un valor constante en una dirección y limita la corriente.
    • Control de Prioridad en el Eje Q: Se enfoca en mantener una corriente específica estable mientras limita otras corrientes.
  2. Control de Impedancia Virtual: Esta estrategia agrega un elemento extra al sistema para limitar la corriente.

  3. Control de Limitador de Voltaje: Este método asegura que el voltaje permanezca dentro de un rango específico para evitar la sobrecorriente.

Analizando el Impacto de las Estrategias de Limitación de Corriente

Los estudios han demostrado que diferentes estrategias de limitación impactan significativamente la estabilidad de los VSG durante perturbaciones. Por ejemplo, el método de control de prioridad en el eje q ha demostrado mejor estabilidad, pero no garantiza estabilidad durante grandes perturbaciones.

El Criterio de Área Proporcional Igual (EPAC)

Para entender cómo estas estrategias afectan la estabilidad, podemos usar un método llamado Criterio de Área Proporcional Igual (EPAC). El EPAC ayuda a analizar qué sucede con el sistema cuando experimenta perturbaciones. Implica observar las áreas de aceleración y desaceleración durante periodos transitorios. Para que un sistema permanezca estable, el área de aceleración tiene que ser más pequeña que el área de desaceleración.

Cuando ocurre una perturbación, el ángulo del rotor del generador aumentará, representando un área de aceleración. Una vez que se resuelve el problema, el ángulo sigue cambiando pero a un ritmo menor-esto refleja un área de desaceleración. Para que el sistema se mantenga estable, la energía ganada en la fase de aceleración tiene que ser menor que la que se pierde en la fase de desaceleración.

Estrategia de Limitación de Corriente Propuesta

Basado en lo que entendemos del EPAC, podemos proponer una estrategia de limitación de corriente efectiva para mejorar la estabilidad transitoria de los VSG. En lugar de solo enfocarse en establecer prioridades para las direcciones de la corriente, este nuevo método sugiere ajustar el ángulo de la corriente de manera adaptativa. Esto permite un mejor control y resulta en un área de aceleración más pequeña.

Resultados de Simulación

Para confirmar la efectividad de la nueva estrategia, se realizaron simulaciones. En la simulación, se introdujeron fallas en intervalos de tiempo específicos para observar cómo tanto la estrategia propuesta como el control de prioridad en el eje q manejaban las perturbaciones.

Observaciones de la Simulación

  • Ambas estrategias experimentaron caídas de voltaje cuando ocurrieron las fallas, pero la estrategia propuesta mantuvo los niveles de corriente de manera más efectiva durante la perturbación.
  • Los ángulos de potencia mostraron comportamientos diferentes: con la estrategia propuesta, el ángulo de potencia disminuyó después de la falla, indicando que se mantuvo la estabilidad, mientras que la estrategia en el eje q llevó a un aumento del ángulo de potencia, sugiriendo una pérdida de estabilidad.

Conclusión

En el contexto de la creciente dependencia de fuentes de energía renovable, mantener la estabilidad de los sistemas de energía es más importante que nunca. La tecnología VSG presenta una solución viable, pero viene con desafíos como la sobrecorriente. Implementar estrategias efectivas de limitación de corriente puede ayudar a mejorar el rendimiento y la confiabilidad de los VSG.

Al usar el método EPAC, podemos comprender mejor cómo diferentes estrategias de limitación de corriente afectan la estabilidad. La estrategia adaptativa propuesta muestra promesa en la mejora de la estabilidad transitoria en comparación con los métodos tradicionales. Nuestros hallazgos y simulaciones ilustran la importancia de elegir el enfoque correcto para manejar los límites de corriente de manera efectiva, contribuyendo en última instancia a un sistema eléctrico más estable.

A medida que avanzamos, es crucial seguir evaluando y mejorando estas estrategias para satisfacer las crecientes demandas de nuestros sistemas energéticos.

Fuente original

Título: An Effective Current Limiting Strategy to Enhance Transient Stability of Virtual Synchronous Generator

Resumen: VSG control has emerged as a crucial technology for integrating renewable energy sources. However, renewable energy have limited tolerance to overcurrent, necessitating the implementation of current limiting (CL)strategies to mitigate the overcurrent. The introduction of different CL strategies can have varying impacts on the system. While previous studies have discussed the effects of different CL strategies on the system, but they lack intuitive and explicit explanations. Meanwhile, previous CL strategy have failed to effectively ensure the stability of the system. In this paper, the Equal Proportional Area Criterion (EPAC) method is employed to intuitively explain how different CL strategies affect transient stability. Based on this, an effective current limiting strategy is proposed. Simulations are conducted in MATLAB/Simulink to validate the proposed strategy. The simulation results demonstrate that, the proposed effective CL strategy exhibits superior stability.

Autores: Yifan Zhao, Zhiqian Zhang, Ziyang Xu, Zhenbin Zhang, Jose Rodriguez

Última actualización: 2024-09-05 00:00:00

Idioma: English

Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2409.03475

Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2409.03475

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Cambios: Este resumen se ha elaborado con la ayuda de AI y puede contener imprecisiones. Para obtener información precisa, consulte los documentos originales enlazados aquí.

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