Control de fuentes de energía renovable como máquinas síncronas virtuales

El proceso de transición energética que se está llevando a cabo conlleva afrontar una serie de retos para que sea posible la inclusión en gran escala de tecnologías basadas en energía eólica y solar fotovoltaica. Uno de estos retos se corresponde con el desarrollo de técnicas que solucionen las consecuencias negativas derivadas de que la conexión a red de estas tecnologías se realice mediante convertidores electrónicos.
Una forma de abordar el problema es el sistema de control de los convertidores como máquinas síncronas virtuales. Este sistema se fundamenta en la idea de que los convertidores imiten la respuesta que haría un generador síncrono real, principalmente los efectos de la inercia y el amortiguamiento proporcionados por su modelo mecánico Con el objetivo de estudiar las prestaciones de este sistema de control se han desarrollado modelos de simulación de dos tipos de máquina síncrona virtual. Además, se han comparado las respuestas de ambos tipos con las de generadores síncronos y aerogeneradores basados en máquinas síncronas multipolares. Por último, se han analizado las interacciones de las máquinas síncronas virtuales cuando operan en paralelo con generación síncrona o aerogeneradores basados en máquinas síncronas multipolares.
En todos los casos, los modelos de simulación se han realizado en Matlab, desarrollando tanto las ecuaciones diferenciales y algebraicas del modelo no lineal como las ecuaciones linealizadas. Se han calculado los autovalores y participaciones y se ha estudiado la respuesta en el tiempo del modelo lineal y no lineal.
En cuanto a los resultados obtenidos, se puede concluir que la aplicación del sistema de control como máquinas síncronas virtuales resulta favorable, ofreciendo respuestas similares a las de los sistemas de control actuales, añadiendo características propias de generadores síncronos. Por tanto, su utilización en los sistemas eléctricos facilitaría la inclusión de energías de origen renovable conectadas a red por medio de convertidores electrónicos.

The energy transition process that is being carried out involves facing a series of challenges in order to facilitate the inclusion of wind and photovoltaic solar technologies on a large scale. One of those challenges is focused on solving the negative consequences related with the fact that these technologies are connected to the grid by means of electronic converters.
One of the techniques that resolves this problem is the control system of converters as virtual synchronous machines. This system is based on the fundament that converters imitate a real synchronous generator’s response, mainly the effects on the inertia and damping proportionated by its mechanical model.
With the aim of studying the performance of this control, two virtual synchronous machines simulation models were developed. Furthermore, responses of both types were compared with models of synchronous machines and wind generators based on multipolar synchronous machines. Finally, interactions of virtual synchronous machines operating in parallel with synchronous generators or wind generators based on multipolar synchronous machines were analyzed.
In all the cases presented, the simulation models were elaborated in Matlab, developing both differential and algebraic equations from the non-lineal model, as well as the linearized equations. The eigenvalues and participations were calculated, and the time response of the lineal and non-lineal model were studied.
Due to the obtained results, the implementation of the control system as virtual synchronous machines results favorable, offering similar responses as the ones from the current control structures, adding characteristics from the synchronous generators. Therefore, its utilization in electricity systems would easy the inclusion of renewable energies connected to the grid by means of electronic converters.