Aquí comparto mi presentación en el Seminario de Energías Renovables SERC-UdeC 2015, en la cual se muestra un resumen de parte de la investigación que realizamos y los recursos disponibles.

1. Herramientas computacionales
para el diseño y evaluación de
sistemas eléctricos con
generación fotovoltaica
Miguel Torres
Investigador Postdoctoral
Línea 2

2. Contenido
•Introducción
•Integración de ERNC a sistemas de potencia
•Herramientas disponibles
•Ejemplo de aplicación HIL

3. Introducción

4. Motivación
•Los grandes parques de ERNC ya se están
construyendo, y conectando tanto en el SIC
como en el SING.
•Ejemplo: Parque solar fotovoltaico Llano de
Llampos de 100 MW.

5. Planta Llano de Llampos (SIC)
Chile – Copiapó

6. Vista satelital
• Ubicada a 1150 msnm
• 280 hectáreas
• 314 640 paneles
• 325 Wp/panel
• Capacidad 100 MWp
• Conectada al SIC el
16/02/14 (220 kV)
• 92 MWp efectivos
• Operación silenciosa
• Seguimiento en un
eje
• Limpieza manual
(constantemente)

7. Vista planta real

8. Subsistemas de la planta
Central DC 360 – 23 kV
• 3 conv por secundario
• cada conv es de 250 kW
• total de 250x6 = 1,5 MW
por central
• hay MPPT según manual

9. Desafíos que impone la
integración de parques ERNC a
los sistemas de potencia

10. Planificación:
•Variaciones intra-horarias en la generación
(difíciles de diagnosticar).
•Incertidumbre en la generación prevista.
•Gradientes elevados de generación.
Operación:
•Nulo aporte de inercia al sistema (CPF).
•Menor aporte ante bajadas de tensión.

11. Variaciones intra-horarias en la generación y
gradientes elevados de generación
0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
10.0
60.4
73.674.773.673.173.574.274.9
69.0
35.1
0.4 0.0 0.0 0.0 0.00.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
POTENCIA[MW]
Despacho Diario Cental Solar PV Llano de Llampos - SIC

12. Estabilidad

13. Respuesta inercial y CPF
13

14. Herramientas disponibles

15. Laboratorio de Control Digital Aplicado
• Más de 10 años de trayectoria
• Diversos proyectos fondecyt
• Estudiantes de doctorado, magíster y pregrado.
• Control de convertidores
• Estudio de nuevas topologías de conversión
• Diseño placas electrónicas
• Aplicaciones en energía solar

16. Laboratorio de Calidad de Suministro
Eléctrico
• Más de 10 años de trayectoria
• Diversos proyectos fondecyt
• Estudiantes de doctorado, magíster y pregrado.
• Investigación en sistemas de potencia y problemas
de calidad de suministro.
• Asistencia técnica a la industria: estudios y
mediciones
• Digsilent, Analizadores de red, equipos de
medición.

17. Laboratorio de Sistemas y Energía
• Nuevas instalaciones (96 m2)
• Fondequip: 230 millones
• Simulador Tiempo-Real
• Bienes de capital SERC: 50 mill.
• Emuladores FV
• Amplificador de potencia
• Otro financ.: 15 millones
• Infraestructura

18. Emuladores FV (3 unid.)
• 2.6 kW
• 600 V/4.3 A
• Múltiples perfiles FV

19. Ej.: inversor FV conectado a la red
(Material obtenido de Tesis de Magíster de Gustavo Hunter, UdeC)

20. Simulador en tiempo-real OPAL-RT

21. Sistema OPAL-RT
• SIL
• Simulación completamente digital.
• No hay sincronización con el exterior.
• Permite acelerar tiempos de prueba.
• RCP
• Desarrollo de sistemas de control.
• Simulador controla planta real.
• Permite mayor flexibilidad en diseño y
depuración de algoritmos.
• HIL
• Controlador real se conecta a planta
simulada en tiempo real.
• Flexibilidad en pruebas.
• Repetitividad de tests.
• Prueba de eventos extremos.
• PHIL
• Simulador conectado a amplificador de
potencia.
• Prueba de equipos/prototipos de potencia.

22. Amplificador de potencia Triphase

23. Emulación Red
Eléctrica
CHB
Emu.
FV
Amplificador
Potencia
Planta FV
Tarjeta
Control
+
Sensores
Emu.
FV
Emu.
FV
Tarjeta
Control
HIL PHIL
Setup
23
Sólo algoritmo
de control

24. Ejemplo:
Hardware-In-the-Loop
Maquina Sincrónica Virtual para dotar de inercia a plantas FV

25. Contexto
• Desviaciones de frecuencia son limitadas en primera
instancia por la inercia de las máquinas y luego actúa el
CPF.
• Plantas FV son generadores no rotatorios que no
aportan inercia al Sistema. Cuando reemplazan a un
generador convencional  pérdida de inercia y control
de frecuencia.
• MSV permite que la planta FV apoye el CPF mediante la
emulación de inercia y motor primario.
25

26. Concepto MSV
* Imagen obtenida de “Potentialities of the Virtual Synchronous Machine
(VISMA) to improve the quality of the electrical grid”
SSG (FACTS Terms & Def. Task Force IEEE, 1997)
VSM, VSG, VSYNCH, SYNCHRONVERTER, MSV
26

27. MSV para control dinámico de frecuencia
27
Inertial response Damping power
0.96
0.97
0.98
0.99
Time (s)
0.5 1 1.5 2.5 3
1 kg∙m2
Variable inertia 3 kg∙m2

28. Emulación Red Eléctrica
Tarjeta
Control
Algoritmo
MSV
f
Pref

29. Setup laboratorio
29
df
dt
f