¿Cómo se controla la calidad de energía en una red inteligente?

Con la amplia integración de nuevas fuentes de energía, como la energía solar, eólica y de biomasa, en la red de distribución en formas tales como generación distribuida, microrredes y pequeñas y medianas centrales eléctricas (incluidas centrales de almacenamiento de energía y estaciones de carga para vehículos eléctricos), la red inteligente bajo la nueva situación se enfrenta a muchos problemas nuevos. La estructura de control de calidad de energía bajo la arquitectura de red inteligente consiste principalmente en generación distribuida, redes de transmisión y distribución, cargas eléctricas, compensadores de calidad de energía, entre otros.

Con la amplia integración de nuevas fuentes de energía, como la energía solar, eólica y de biomasa, en la red de distribución en forma de generación distribuida, microrredes y pequeñas y medianas centrales eléctricas (incluidas centrales de almacenamiento de energía y estaciones de carga para vehículos eléctricos), la red inteligente bajo esta nueva situación se enfrenta a muchos problemas nuevos. La estructura de control de la calidad de energía bajo la arquitectura de red inteligente está compuesta principalmente por generación distribuida, redes de transmisión y distribución, cargas eléctricas, compensadores de calidad de energía, entre otros. Por un lado, como fuerza impulsora principal para la integración de nuevas energías, la amplia integración de equipos de conversión de potencia electrónica ha generado nuevas características y problemas en la calidad de energía de las redes de transmisión y distribución, los cuales necesitan resolverse con urgencia. Por otro lado, la diversidad, no linealidad e impacto de las cargas en el lado del consumo eléctrico son cada vez más graves, haciendo que la utilización eficiente de la energía eléctrica sea un asunto prioritario. Estos nuevos problemas traen tanto oportunidades como desafíos para la tecnología de control de calidad de energía. Como núcleo de la red inteligente, la microrred es un sistema complejo no lineal que acopla múltiples fuentes de energía. Las fuentes de energía distribuidas dentro de ella presentan características como intermitencia, complejidad, diversidad e inestabilidad. Los nuevos problemas y características relacionados con su calidad de energía se están volviendo cada vez más prominentes. Por lo tanto, uno de los aspectos clave que necesitan estudiarse y resolverse con urgencia para garantizar el funcionamiento seguro y estable de la red de distribución bajo la conexión de microrredes es el problema de la calidad de energía.
Clasificación de compensadores de calidad de energía
La tecnología de control de compensación de calidad de energía se puede dividir en tecnología de control activo y tecnología de tratamiento pasivo. Para diferentes problemas de calidad de energía, los dispositivos de compensación correspondientes se clasifican y presentan. La tecnología de control pasivo suprime o aborda problemas de calidad de energía tales como armónicos, potencia reactiva y desequilibrio trifásico conectando compensadores electrónicos de potencia adicionales en paralelo o en serie. Los dispositivos de compensación incluyen principalmente filtros pasivos de potencia (PPF), filtros activos de potencia (APF), filtros híbridos activos de potencia (HAPF), compensadores de potencia reactiva, restauradores dinámicos de voltaje (DVR) y reguladores integrados de calidad de energía (UPQC), entre otros. Entre ellos, el compensador de calidad de energía basado en convertidor multinivel modular (MMC) se está convirtiendo en un tema de investigación destacado y una tendencia futura en la tecnología de gestión de calidad de energía media y alta gracias a su estructura en cascada modular de bajo voltaje. La tecnología de control activo implica que equipos eléctricos o fuentes de energía distribuidas cambien sus características de impedancia de entrada o salida para equilibrar la función de gestión de calidad de energía. La tecnología de control activo de calidad de energía no solo mejora la tasa de utilización de la energía, sino que también mejora la calidad general del sistema eléctrico sin necesidad de añadir compensadores adicionales.
2. Métodos de control para compensadores de calidad de energía
Actualmente, los compensadores de calidad de energía adoptan principalmente convertidores de tipo fuente de voltaje o de tipo fuente de corriente. Los métodos de control de corriente comúnmente utilizados para compensadores incluyen principalmente: control por histéresis, control sin escalones, control predictivo basado en modelo, control proporcional integral (PI), control proporcional resonante (PR), control repetitivo y control robusto no lineal, entre otros. Además, mediante la mejora del control de corriente convencional, se puede mejorar el desempeño del control en un único modo de control de corriente. Por ejemplo, el método de control que combina el control PI convencional con el PI vectorial puede simplificar el proceso de detección de armónicos. El método de compensación por división de frecuencia armónica, en comparación con el método tradicional de compensación de banda completa, mejora la precisión de detección y de compensación de cada armónico, y es especialmente adecuado para diversos dispositivos de filtro activo de potencia híbridos de alta y baja tensión, entre otros.
3. Análisis y control de la calidad de energía de estaciones de energía distribuida a gran escala
Con el aumento de la tasa de penetración de estaciones de generación distribuida a gran escala, como las solares y eólicas (a niveles de 10 kV a 35 kV), la interacción y acoplamiento de los armónicos generados por sistemas de estaciones de generación distribuida compuestos principalmente por múltiples inversores con el sistema de transmisión y distribución de energía se han vuelto cada vez más complejos. Los armónicos emitidos por las estaciones de generación distribuida presentan características de alta frecuencia y amplio rango de frecuencia. La relación entre el factor de amplificación por resonancia, el orden armónico y la distancia de transmisión en una estación de generación distribuida típica es significativa. Durante la propagación de los armónicos en la red de transmisión, estos se ven afectados por factores tales como la capacitancia distribuida en las líneas de transmisión y el voltaje armónico de fondo, lo cual puede provocar una amplificación por resonancia de la corriente y el voltaje. Existen dos soluciones para mitigar el problema de resonancia serie-paralelo de armónicos de banda ancha en la red de transmisión, a saber: cambiar los parámetros de la red de transmisión y eliminar la resonancia mediante reactores en derivación; instalar dispositivos de filtro activo híbrido de alta tensión para reducir el contenido de corriente armónica que fluye hacia la red eléctrica.