Análisis de estado estacionario y transitorio del acoplamiento de dos sistemas eléctricos de potencia mediante enlace tipo Back to Back - Montalvo Céspedes, Martín Hugolino (2023)
La tendencia actual de los países en las diferentes regiones del mundo, es la de interconectarse eléctricamente aprovechando los beneficios económicos, sociales y estratégicos asociados. Este trabajo pretende realizar el análisis en estado estacionario y transitorio del acoplamiento de dos sistemas de potencia AC; empleando uno de los tipos de conexión HVDC existentes, el sistema de doble conversión estática AC - DC - AC, también conocido como Back to Back (BTB), dividiendo el estudio en cuatro capítulos. El capítulo I muestra el estado del arte, describe la realidad problemática, formula el problema y establece los objetivos de la tesis, así como las hipótesis a contrastar. El capítulo II presenta el marco teórico y conceptual sobre el cual se desarrolla la tesis, se menciona a los sistemas de corriente continua en alta tensión (High Voltage Direct Current - HVDC), se muestra la tecnología de convertidores fuente de corriente (Current Source Converter - CSC), la tecnología de convertidores fuente de tensión (Voltage Source Converter - VSC), las distintas configuraciones de los sistemas HVDC, las topologías de convertidores VSC existentes, los convertidores multinivel con énfasis en el convertidor de tres niveles con punto neutro enclavado (Neutral Point Clamped - NPC). Se estudian los moduladores para el accionamiento de las llaves de potencia, tanto el modulador senoidal (Sinusoidal Pulse Width Modulation - SPWM) como el modulador vectorial (Space Vector Pulse Width Modulation SVPWM), con mayor detalle el SPWM para el convertidor de tres niveles, empleado en las simulaciones, para luego presentar los controles lineales tradicionales y las técnicas de control no lineal, mostrando los pasos para diseñar el control no lineal Backstepping. Finalmente, se presenta el modelamiento matemático del sistema HVDC - BTB - VSC, en los marcos de referencia abc y dq0. La aplicación de la técnica del control lineal PI desacoplado y del control no lineal Backstepping se presenta en el capítulo III. En el capítulo III se desarrolla el sistema de ecuaciones para el control PI desacoplado de las corrientes Id e Iq en los convertidores, el control de las potencias activa y reactiva, los controles PI de la tensión en el enlace DC, y del balance de tensiones entre los condensadores DC de dicho enlace. A continuación, se procede a aplicar el control no lineal Backstepping al mismo sistema HVDC - BTB - VSC, se presenta el sistema de ecuaciones empleado para su diseño, el control Backstepping de la tensión en el enlace DC, el de las corrientes Id e Iq de los convertidores, las ecuaciones y leyes de control involucradas, así como el control de las potencias activa y reactiva, para luego mostrar los diagramas Simulink correspondientes a los controles propuestos. En el capítulo IV se presenta los parámetros empleados en las simulaciones, y sus resultados usando controles lineales PI y controles no lineales Backstepping. Para cada caso simulado, se describe antes, el sistema BTB y sus condiciones de operación. Se analizan los resultados de simulación del acoplamiento BTB de dos sistemas AC ideales, usando controles PI, sin considerar filtros y luego usando filtros, que son previamente diseñados, además, se detalla el procedimiento de arranque del sistema BTB, se analiza también, los resultados del acoplamiento BTB de dos sistemas AC ideales, usando controles no lineales Backstepping, sin filtros y con filtros, que sirven para mostrar la superioridad del control no lineal Backstepping sobre el control PI. Se analizan los resultados del acoplamiento BTB de dos sistemas de potencia reales, que incluyen transformadores, líneas de transmisión y cargas, usando controles no lineales Backstepping y filtros, evaluando además su comportamiento dinámico frente a fallas. Para cada simulación se presenta el reporte de distorsión y armónicos de tensión y corriente. Finalmente se realiza la contrastación de las hipótesis secundarias y principal. Se presentan las conclusiones a partir de los resultados obtenidos, así como las recomendaciones y trabajos futuros.