Aplicación del control distribuido en tiempo real y tolerante a fallos en sistemas electrónicos modulares de alta disponibilidad

Resumen

Esta tesis aborda el problema del control de inversores conectados en paralelo en sistemas modulares o microrredes de alta disponibilidad. El objetivo fundamental es proponer arquitecturas de control distribuido para estos sistemas, que apliquen técnicas de control en tiempo real tolerante a fallos. En los capítulos introductorios, la tesis revisa aspectos generales de los sistemas de conversión de energía modulares y distribuidos y presenta una revisión de los métodos de modelado y control, desarrollando modelos de simulación de inversores controlados, que luego se aplican como submodelos en simulaciones más amplias de sistemas de alimentación de emergencia modulares y microrredes. En los capítulos principales se presentan los resultados de dos líneas de investigación paralelas. Una de ellas está relacionada con las técnicas de control para reparto activo de carga entre inversores. Se revisan las técnicas activas de reparto, considerando la conexión directa en paralelo, las técnicas referente-seguidor, las de promediado y acuerdo, las de ecualización etc. La segunda área aborda el método de caída y su aplicación en la capa de control primaria de microrredes de baja tensión. Para esta aplicación, es conveniente que exista una relación independiente entre frecuencia y potencia activa, por una parte, y tensión y potencia reactiva, por la otra. Se proponen técnicas de desacoplo estáticas y dinámicas. Uno de los métodos propuestos es un método de control por caída con desacoplo dinámico, que ofrece la ventaja combinada de flexibilidad en el ajuste de la respuesta dinámica, para coeficientes de caída dados, y actuación dinámica completamente desacoplada de la frecuencia sobre la potencia activa y la tensión sobre la potencia reactiva. En los capítulos finales, se presentan dos arquitecturas de aplicación. Una de ellas es una aproximación al reparto activo de carga entre inversores desde las técnicas del control distribuido en tiempo real tolerante a fallos. Se introduce el concepto de inversores que funcionan como réplicas deterministas y se propone y analiza una arquitectura de control basada en una técnica de reparto tolerante a fallos, que se soporta sobre una plataforma de control distribuido en tiempo real que ha sido implementada como prueba de concepto. La segunda arquitectura de aplicación es el control distribuido de una microrred aislada con almacenamiento distribuido de energía en baterías. Se propone una capa de control primario basada en la aplicación de los métodos de caída desacoplados a los inversores, y se demuestra por análisis y simulación su capacidad para repartir potencia y mantener frecuencia y tensión dentro de los rangos prescritos, ante conmutación de cargas. Se propone además una capa de control secundario, soportada sobre una red de comunicaciones, para incorporar mejoras como el despacho local de potencia reactiva y la restauración de frecuencia y tensión a sus valores nominales, dando resultados de simulación. El último capítulo de la tesis discute métodos y resultados, subraya contribuciones, incluyendo las publicaciones en revistas de impacto y en conferencias, y propone líneas de trabajo futuras.