05 de marzo de 2021
Resumen:
Para abordar los desafíos futuros del suministro energético, los sistemas eléctricos de alta tensión evolucionarán probablemente hacia una mayor integración a gran escala. Un esquema general para dicha integración consistiría en la conexión de varios nudos de los actuales sistemas eléctricos en corriente alterna (alternating current, AC) con nuevas redes superpuestas en corriente continua (direct current, DC), formando así Superredes AC/DC multiterminales, también llamadas Autopistas Eléctricas. Se espera que las Superredes se basen en convertidores de fuente de tensión (VSC), ya que esta tecnología de conversión es más adecuada para aplicaciones multiterminales. El análisis de flujos de potencia, también conocido como el problema del “flujo de cargas”, es una herramienta clave para la planificación, operación y control de sistemas de energía eléctrica. Con las futuras Superredes en mente, en los últimos años la aplicación de este análisis a sistemas multiterminales AC/DC utilizando tecnología VSC se ha abordado en la literatura y se han propuesto una amplia variedad de métodos. Se han sugerido diferentes modelos para la representación de la interfaz AC/DC. Las ecuaciones no lineales se han resuelto mediante dos estrategias, la unificada y la secuencial. En el enfoque unificado, las ecuaciones de los sistemas AC y DC se tratan simultáneamente como un solo problema. En el enfoque secuencial, los sistemas se resuelven por separado mediante un proceso iterativo. Se ha demostrado que ambas formulaciones pueden converger en la misma solución. Sin embargo, se ha prestado poca atención al impacto que puede tener la limitación de la precisión de las soluciones provisionales dentro del enfoque secuencial en el esfuerzo total de cálculo. Esta tesis propone un nuevo algoritmo secuencial de flujo de potencia para sistemas multiterminales VSC AC/DC y define un factor de convergencia que permite reducir el esfuerzo computacional requerido para lograr una solución. También se presenta una formulación unificada alternativa que aplica las mismas hipótesis que el algoritmo secuencial propuesto. A pesar de la precisión de estas formulaciones, su naturaleza no lineal supone un reto para su uso en sistemas eléctricos reales. En herramientas avanzadas para el estudio de redes de corriente alterna, se utilizan con frecuencia aproximaciones lineales para acelerar el análisis de estado estacionario en múltiples escenarios. El mismo razonamiento aplicará en el futuro a los sistemas eléctricos híbridos AC/DC. Sin embargo, hasta ahora, la linealización del problema del flujo de potencia en tales redes ha recibido poca atención en la literatura. Esta tesis cubre ese vacío formulando un modelo linealizado del problema de flujo de cargas, considerando únicamente potencia activa, para sistemas VSC AC/DC multiterminales, lo que permite expandir a redes híbridas las aplicaciones del flujo de potencia lineal tradicional. El algoritmo propuesto proporciona una estimación coherente de las pérdidas de los convertidores y permite modelar todas las ramas dentro de las estaciones conversoras. Además, se proponen dos esquemas novedosos para la inclusión de pérdidas en el lado DC. También se sugiere un circuito equivalente lineal que esquematiza el flujo de potencia en sistemas híbridos. En resumen, esta tesis muestra que las herramientas existentes para el análisis y control de estado estacionario de sistemas de energía en corriente alterna pueden extenderse a redes híbridas AC/DC. Esta extensión es necesaria porque el cambio de paradigma que implica el enfoque AC/DC plantea desafíos en, entre otros, la planificación, construcción, gestión y operación de sistemas de energía eléctrica en alta tensión. Abordar estos desafíos mucho antes de la implementación de las nuevas configuraciones híbridas es clave para tomar decisiones eficientes. Para ello es preciso disponer cuanto antes de las herramientas correspondientes. La tesis contribuye a esta necesidad proporcionando un conjunto sólido de herramientas para el análisis de estado estacionario que se adaptan a las características de las futuras redes eléctricas AC/DC de alta tensión.
Cita:
J.C. Fernández-Pérez (2021), Steady-state analysis of multiterminal VSC AC/DC power systems. Madrid (España).
