INVESTIGADOR(ES) PRINCIPAL(ES):

Alfonso Alzate Gomez

13 horas

CODIGO CIE

6-18-2

José Norbey Sánchez Fernández

Estudiante

0 Horas

Andrés Escobar Mejía

Coinvestigador

0 Horas

Jesser James Marulanda Durango

Coinvestigador

0 Horas

Walter Julián Gil González

Coinvestigador

0 Horas

Vinson Jones

Coinvestigador

0 Horas

Oscar Danilo Montoya Giraldo

Coinvestigador

0 Horas

David Alejandro Rivera Rodríguez

Estudiante

0 Horas

Carlos Andrés Torres Pinzón

Coinvestigador

0 Horas

Ana Julieth Marín Hurtado

Estudiante

0 Horas

Alejandro Garcés Ruiz

Coinvestigador

0 Horas

José Wilson Giraldo Rendón

Estudiante

0 Horas

Claudio Alberto Busada

Coinvestigador

0 Horas

TIPO DE CONVOCATORIA

2017. Décimoprimera Convocatoria

TIPO DE PROYECTO

Investigación Aplicada

OBJETIVO(S)

Objetivo General: Diseñar e implementar un Compensador Estático de Desbalance de Corrientes o Unbalanced Current Static Compensator (UCSC) que emplea dispositivos semiconductores de potencia para balancear las corrientes en un sistema de prueba representando una red de distribución con el fin de evitar la propagación de desbalances de corrientes a los sistemas de transmisión. Objetivos Específicos: OBJETIVO ESPECIFICO 1: Desarrollar una metodología que permita establecer el modelo matemático más adecuado del compensador propuesto y que permita de forma efectiva su escalamiento a diferentes nivele de tensión y potencia. OBJETIVO ESPECIFICO 2: Identificar una metodología que permita dimensionar los componentes del compensador propuesto con base en la información del nivel de desbalance de la red de distribución y los valores nominales de operación del sistema en donde se realizará la compensación. OBJETIVO ESPECIFICO 3: Establecer una metodología que permita analizar e identificar las técnicas de modulación y la acción de control más adecuadas, que garantice una respuesta dinámica aceptable y un desempeño adecuado en estado estable del compensador propuesto. OBJETIVO ESPECIFICO 4: Validar y verificar el compensador propuesto, estableciendo los procedimientos necesarios para integrar de manera efectiva las etapas de modelamiento, dimensionamiento e implementación de la técnica de modulación y el algoritmo de control. La validación se realiza considerando diferentes niveles de desbalance en el sistema de prueba bajo estudio.

RESUMEN

Día a día la complejidad de los sistemas eléctricos de potencia va creciendo debido al aumento en el número de componentes que lo constituyen y a las diferentes topologías que conforman la red eléctrica. A nivel de redes de distribución la introducción de cargas monofásicas y bifásicas ocasiona el desbalance de las corrientes de fase que circulan por los circuitos alimentadores primarios y secundarios (y por ende la circulación de corrientes por el conductor neutro), causando problemas como el aumento en las pérdidas no técnicas, desbalances en las tensiones de línea, y el disparo no programado de las protecciones de los alimentadores. En las subestación de distribución, es común realizar operaciones de maniobra (como el intercambio de fases o phase swapping) en alimentadores o laterales con el fin de evitar que el desbalance en las corrientes se propague a nivel de transmisión. De igual forma, a nivel de redes de distribución se realiza la reconfiguración de los alimentadores primarios con el fin de balancear las corrientes y mejorar la confiabilidad del sistema y las características operativas de la red. Sin embargo, estas técnicas son solamente efectivas cuando se tiene un buen conocimiento del tamaño de la carga y de los hábitos de consumo en los alimentadores¿ por lo que no son totalmente efectivas cuando hay grandes variaciones en el comportamiento de la carga. Otras causas del desbalance de corrientes en las subestaciones de distribución son la aparición de los denominados eventos forzados como el disparo de las protecciones en los circuitos ocasionados por fallas asimétricas y la operación de protecciones (e.g., por baja presión del SF6 o bajos niveles de aceite en los interruptores). De igual forma, se espera que el incremento en el número de unidades de generación distribuida o Distributed Generation (DG) (e.g., paneles solares, pequeños generadores eólicos, microturbinas, etc, menores a 10 kVA instalados cerca de los centros de consumo) instaladas en las redes de distribución, contribuya significativamente con el desbalance de las corrientes en las subestaciónes. Para mejorar las condiciones operativas en el sistema eléctrico y garantizar la continuidad en el servicio se ha propuesto la utilización de los sistemas de transmisión flexible en corriente alterna o Flexible ac Transmission Systems (FACTS). Algunos de los más conocidos son: Los compensadores estáticos de Var o Static Var Compensator (SVC), los reguladores dinámicos de voltaje o Dynamic Voltage Regulators (DRV), compensador estático síncrono o Static Synchronous Compensator (STATCOM), enlaces dc en alto voltaje o High-Voltage dc Transmission (HVDC) entre otros. Los FACTS son equipos que basan su operación en la electrónica de potencia y día a día su implementación se ha expandido desde las redes de transmisión a las redes de distribución. Su implementación permite mejorar la calidad de la energía en el sistema eléctrico y permite aumentar la capacidad de transferir potencia desde los centros de generación a los centros de consumo, manteniendo estable el perfil de tensión al factor de potencia deseado. Este proyecto de investigación pretende diseñar construir e implementar un nuevo dispositivo FACTS (a ser conectado en paralelo con la red) denominado Compensador Estático de Desbalance de Corrientes o Unbalanced Current Static Compensator (UCSC) [1] como el mostrado en la zona sombreada de la figura 1 (conectado a una subestación y a una carga desbalanceada), con el fin de balancear las corrientes trifásicas de entrada a una subestación. La funcionalidad del convertidor propuesto va a ser verificada en un sistema de prueba de baja tensión que emula una subestación de distribución con varios alimentadores primarios de salida y una línea de transmisión de entrada. El prototipo del UCSC a construir similar al STATCOM tendrá una potencia nominal de 10 kVA y servirá para balancear las corrientes de entrada al sistema de prueba (con el fin de evitar su propagación

SÍNTESIS DEL PROYECTO

Durante años, los sistemas eléctricos se han caracterizado por la presencia de los generadores síncronos como parte de la generación de energía, estos poseen grandes niveles de masa giratoria que permite que el sistema tenga altos niveles de inercia y propiedad de amortiguamiento, las cuales permiten que la red responda ante las perturbaciones que se presenten en ella, haciendo que la frecuencia tenga una recuperación rápida y permanezca dentro de los umbrales establecidos. Sin embargo, la red eléctrica ha estado sufriendo un cambio de paradigma debido a la alta penetración de las energías renovables (RES), lo que hace que la red este perdiendo la autonomía de respuesta ante dichas perturbaciones, debido a la baja inercia y amortiguamiento que las redes vienen presentando, ya que las fuentes de energía renovable no poseen o poseen poca inercia. Impactando la estabilidad de las redes, lo que provoca un incremento en los transitorios y oscilaciones de frecuencia, y un aumento en la tasa de cambio de la misma (ROCOF). Además, las energías renovables se caracterizan por ser integradas a nivel de redes de distribución, donde se presenta alto contenido armónico y desbalances de voltaje y corriente debido a las cargas no lineales. Lo que aumenta cada vez más las pérdidas de potencia, el incorrecto funcionamiento de los convertidores y afecta aún más la estabilidad del sistema. Debido a esto, se han explorado diferentes soluciones para superar los problemas que se mencionaron anteriormente, como lo es la máquina síncrona virtual o Virtual Synchronous Machine (VSM) implementada en un compensador estático. Esta consiste en controlar el convertidor que hace parte del compensador a partir del modelo de la máquina síncrona con el fin de emular las propiedades dinámicas y estáticas de un generador síncrono convencional. Sin embargo, la VSM debe ser un controlador flexible, que se adapte a los diferentes niveles de penetración de RES y las perturbaciones del sistema (entre estaslos desbalances de carga), con el fin de reducir las oscilaciones de frecuencia y mantener un equilibrio entre la respuesta rápida de la potencia y la frecuencia del convertidor. Por lo que en este proyecto de investigación se proponen diferentes técnicas de control para estimar la inercia de la VSM emulada a partir del compensador estático, con el fin de que se adapte a las diferentes condiciones de la red. Esto se logra a partir de controladores como: el Proporcional-Integral (PI), un regulador lineal cuadrático o Linear Quadratic Regulator (LQR) y un control predictivo ó Model Predictive Control (MPC). Adicionalmente, se propone un controlador adaptativo por modelo de referencia para la generación de las corrientes que el compensador debe suplir a la red eléctrica para la compensación de los desbalances. Estos controladores se validan en un compensador estático a partir de un sistema Hardware-in-the Loop. Realizando la comparación entre la VSM con inercia constante y los demás controladores. La validación se realizó considerando cambios de potencia activa y se analizó las respuestas de la frecuencia, potencia activa y potencia reactiva, con el fin de establecer el desempeño de los controladores, además se analizó el nivel de compensación de este compensador en una red con desbalances de carga.

ESTADO

Concluye Parcialmente

FECHA DE INICIO

22/01/2018

FECHA DE FINALIZACION

22/01/2020

FECHA DE FIN(PRÓRROGA)

22/11/2021

PRODUCTOS

Compensación de Potencia Reactiva en Sistemas de Distribución

Libro resultante de investigación

Compensador Estático de Desbalances de 10 kVA

Productos tecnológicos certificados y validados

Diseño e implementación de planificación de la ganancia por dos modelos para el control de pequeñas oscilaciones de una máquina síncrona

Maestría o Especialidad clínica

Estudio y Evaluación de Esquemas de Control sobre Conversores Eléctricos de Potencia en el Ámbito de las Microrredes ac

Proyecto de grado

Model Reference Adaptive Multivariable Control of a Four-Leg Converter

Artículo en revista indexada

URL

Virtual Synchronous Machine Control with Adaptive Inertia Applicable to an MMC Terminal

Proyecto de grado