Estabilidad de pequeña señal de un sistema de potencia con VSCs de tipos grid-following y grid-forming considerando los algoritmos VSM, droop control y VOC

Abstract

Este documento presenta una evaluación comparativa de tres algoritmos que se pueden implementar en un inversor formador de red: Virtual Synchronous Machine, droop control y Virtual Oscillator Control. La red de prueba fue el sistema IEEE 9 nodos conocido como WSCC de Anderson & Fouad. Este sistema se modificó para que operaran simultáneamente un inversor formador de red, un inversor seguidor de red y un generador sincrónico. La evaluación comparativa se basó en el análisis de estabilidad de pequeña señal; es decir, en los modos de oscilación del sistema. El programa de análisis de sistemas de potencia utilizado fue PowerFactory 2020 de DIgSILENT. En primera instancia, se realizó el análisis de un punto de operación obteniendo la magnitud, amortiguamiento y frecuencia de los modos de oscilación. En segunda instancia, se realizó el análisis de sensibilidad cambiando la longitud de las líneas que interconectan al inversor seguidor de red (GFL VSC) y al inversor formador de red (GFM VSC). En tercera instancia, se realizó un análisis de sensibilidad haciendo un barrido de valores para ciertos parámetros de control. Finalmente, se muestra cómo resintonizar un parámetro para lograr que un punto de operación pase de ser inestable a ser estable. Los resultados de las pruebas permiten concluir que: 1. El algoritmo VSM es el único que interactúa con la máquina sincrónica para producir un modo de oscilación. Por otro lado, los algoritmos droop control y VOC tienen poca participación en los modos de oscilación. Esto se puede explicar teóricamente observando que el algoritmo VSM emula la ecuación de oscilación de una máquina sincrónica. 2. El algoritmo de control vectorial de corriente, tradicional en los VSC de tipo grid-following, tiene una alta participación en los modos de oscilación del sistema; particularmente en los modos que están menos amortiguados y que tienden a moverse al semiplano derecho del plano complejo. El lazo interno de corriente debe ser lo suficientemente rápido para no interactuar con el control de planta, y la ganancia integral del PLL debe ajustarse a un valor bajo para evitar inestabilidad. 3. Los modos que son más influenciados por el excitador de la máquina sincrónica permanecen sin cambios en todos los puntos de operación analizados. Mostrando poca interacción dinámica entre el excitador y los VSC.