Synchronverter

Los sincronos o generadores síncronos virtuales son inversores que imitan generadores sincrónicos para proporcionar «inercia sintética» para servicios auxiliares en sistemas de energía eléctrica.

Figura 1. Un diagrama simple del entorno de operación Synchronverter

Fondo
Los inversores estándar son elementos de inercia muy baja. Durante los períodos transitorios, que se deben principalmente a fallas o cambios repentinos en la carga, siguen los cambios rápidamente y pueden empeorar las condiciones, pero los generadores sincrónicos tienen una notable inercia que puede mantener su estabilidad.

Recientemente, mediante el uso de más y más energías renovables, especialmente las células solares, se han utilizado más inversores en las redes y, debido a la razón mencionada, esto podría poner en peligro la fiabilidad del sistema de energía.

Historia
Hydro-Québec comenzó a requerir inercia sintética en 2005 como el primer operador de la red. Para contrarrestar la caída de frecuencia, el operador de la red exige un refuerzo de potencia temporal del 6% combinando la electrónica de potencia con la inercia de rotación de un rotor de turbina eólica. Requisitos similares entraron en vigor en Europa en 2016.

Modelo Synchronverter
La estructura sincrónica del inversor se puede dividir en dos partes: parte de potencia (ver figura 2) y parte electrónica. La parte de potencia es la transformación de energía y la ruta de transferencia, incluidos el puente, el circuito de filtro, la línea de alimentación, etc. La parte electrónica se refiere a las unidades de medición y control, incluidos los sensores y DSP.


Figura 2. Parte de potencia de un convertidor sincrónico

El punto importante en el modelado del convertidor sincrónico es asegurarse de que tenga un comportamiento dinámico similar al generador sincrónico (ver figura 3). Este modelo se clasifica en 2 órdenes hasta 7 modelos de orden, debido a su complejidad. Sin embargo, el modelo de 3 órdenes es ampliamente utilizado debido al compromiso adecuado entre precisión y complejidad. 



dónde  y  son dq-ejes componentes de voltaje de terminal.


Figura 3. El modelo por fase de un SG conectado a un bus infinito

Estrategia de control

Como se muestra en la figura 3, cuando el inversor se controla como una fuente de tensión, consta de una unidad de sincronización para sincronizar con la red y un circuito de alimentación para regular la potencia real y la potencia reactiva intercambiada con la red. La unidad de sincronización a menudo necesita proporcionar frecuencia y amplitud. Pero cuando el inversor se controla como una fuente de corriente, a menudo se requiere que la unidad de sincronización proporcione solo la fase de la red, por lo que es mucho más fácil controlarla como fuente de corriente.

Como un sincrónico puede sincronizarse inherentemente con la red, es posible integrar la función de sincronización en el controlador de potencia sin unidad de sincronización. Esto da como resultado una unidad de control compacta, como se muestra en la figura 4.


Figura 4. Estructuras de control típicas para un inversor de potencia conectado a la red. (A) Cuando se controla como un suministro de voltaje. (B) Cuando se controla como un suministro de corriente.


Figura 5. Estructura de control compacto para un inversor conectado a la red.

Aplicaciones

PV
Como se mencionó anteriormente, los convertidores sincrónicos se pueden tratar como generadores sincrónicos, lo que facilita el control de la fuente, por lo que debe utilizarse ampliamente en fuentes de energía primaria fotovoltaica (PES).

HVDC

Turbina eólica

Microred de DC
También se sugiere utilizar Synchronverter en microrredes porque las fuentes de CC se pueden coordinar junto con la frecuencia del voltaje de CA, sin ninguna red de comunicación.


Figura 6. Parte de potencia del convertidor sincrónico trifásico.