Análisis de estabilidad de microrredes inteligentes

El creciente nivel de preocupación por el cambio climático a escala global está propiciando cambios en la infraestructura de la red eléctrica convencional, la cual se sustenta en gran medida en la combustión de combustibles fósiles. Esta migración hacia fuentes de energía renovable, con un menor impacto en la huella de carbono, responde a la necesidad imperante de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

Este cambio de paradigma implica una transición hacia un sistema eléctrico más descentralizado y eficiente, que está caracterizado por la generación distribuida y el surgimiento de las microrredes, redes locales de producción y distribución de energía que pueden operar de forma independiente o bien conectadas a la red, permitiendo flexibilizar la operativa de la red principal. Además, estas microrredes integrarán futuras tecnologías avanzadas de almacenamiento y gestión de energía, lo que permitiría la creación de un ecosistema energético donde estas microrredes se interconectarían de manera inteligente, consiguiendo una optimización continua tanto de la producción como del consumo de energía.

En la literatura especializada reciente, el análisis de la estabilidad en microrredes desequilibradas ha recibido escasa atención, lo que implica una falta de enfoque hacia los sistemas de potencia desequilibrados, un escenario que adquiere gran importancia especialmente en sistemas con generación distribuida. En este contexto, el Dr. Sauro J. Yagüe realizó su tesis doctoral en el Grupo de Ingeniería de Productos Industriales (GEPI) del Departamento de Ingeniería Industrial de IQS School of Engineering. Su investigación consistió en una revisión de las técnicas empleadas para el análisis de estabilidad en sistemas de potencia desequilibrados. Esta revisión abordó tanto cargas dependientes de la tensión como cargas de potencia constante, utilizando métodos como el análisis modal y el método basado en la impedancia. Bajo el título Stability analysis of unbalanced microgrids with grid-forming and grid-following electronic power converters, la tesis ha sido dirigida por el Dr. Pere Palacín Farré de IQS y por el Dr. Aurelio García Cerrada de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería ICAI, de la Universidad Pontificia de Comillas.

El procedimiento de revisión emprendido por el Dr. Yagüe inicia con un estudio de caso simple de baja tensión (BT), que abarca convertidores electrónicos de potencia formadores de red (Grid Forming – GFO) y convertidores seguidores de red (Grid Following – GFL), junto con tres modelos distintos de lazo de enganche de fase (PLL) y cargas desequilibradas. El objetivo principal ha sido investigar posibles interacciones entre estos componentes.

Se compararon los resultados obtenidos mediante ambos métodos, el análisis modal y el método basado en la impedancia. Si bien este último es más fácil de implementar utilizando simulación o datos de campo, el análisis modal requiere una comprensión más profunda de las características del sistema, aunque ofrece una mejor comprensión del problema. Dado que ambos métodos se basan en una aproximación del sistema mediante perturbaciones en pequeña señal, proporcionan idénticos resultados, pero ofrecen información diferente.

Para profundizar en la investigación, se consideró finalmente un caso de estudio más amplio, utilizando un sistema de distribución de baja tensión definido por CIGRE. En el análisis, se empleó un modelo exhaustivo desarrollado en Simulink, que incorporaba convertidores electrónicos de potencia, con el propósito de extraer y examinar los resultados.

Esta tesis constituye un avance significativo hacia la implementación de una técnica efectiva de reducción de modelos que permita identificar los modos más relevantes de la microrred desequilibrada. Este progreso no solo reviste importancia teórica, sino que también tiene implicaciones prácticas significativas al facilitar la implementación de estrategias de control más eficientes en las microrredes, promoviendo así su viabilidad y adopción en la transición hacia sistemas eléctricos más sostenibles y resilientes.

Publicaciones relacionadas

Sauro J. Yagüe, Aurelio García Cerrada, Pere Palacín Farré, Comparison between modal analysis and impedance-based methods for analyzing stability of unbalanced microgrids with grid-forming electronic power converters, Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, vol. 11, nº4, pp. 1269-1281, 2023.

La tesis ha recibido financiación de IQS y del “Programa Microrredes Inteligentes Comunidad de Madrid«, cofinanciado por el Fondo Social Europeo y Fondo Europeo de Desarrollo Regional (Ref. S2018/EMT-4366).