Las redes eléctricas son sistemas físicos complejos. La capacidad de mantener todas las variables del sistema, como tensiones y corrientes, dentro de sus rangos aceptables se conoce, en general, como estabilidad de la red eléctrica. La integración en la red de fuentes de energía renovables y vehículos eléctricos que utilizan convertidores de potencia como interfaces para la conexión a la red intensifica la tarea de análisis de las redes, y pone en peligro su estabilidad. En este contexto, la Unidad de Sistemas Eléctricos de IMDEA Energía ha realizado importantes avances en el modelado y en el análisis de estabilidad de redes eléctricas y microrredes.
Los investigadores han desarrollado una metodología novedosa para el estudio de redes de distribución modernas con presencia de múltiples convertidores de potencia, basada en la teoría de bifurcaciones, una teoría matemática que deriva del campo de los sistemas dinámicos. Esta teoría supone cambios tanto cualitativos como cuantitativos en un sistema (estabilidad incluida) cuando los parámetros del sistema cambian significativamente. El análisis se realiza utilizando los modelos matemáticos completos de los convertidores y la red eléctrica, en lugar de los simplificados.
En esta metodología, primero se obtienen todos los modelos matemáticos del sistema. Luego, se modifican los parámetros importantes de la red y del convertidor y se rastrean e identifican los límites de estabilidad del sistema mediante un software especializado. Finalmente, los límites de estabilidad encontrados se verifican experimentalmente en las instalaciones de IMDEA Energía.
De esta forma se predicen con precisión los límites de estabilidad de la red cuando cambian parámetros importantes del sistema. Los resultados proporcionan una guía con respecto a los rangos seguros de operación en las redes eléctricas y el diseño de los parámetros de control del convertidor de energía, y garantizan la entrega de energía sin interrupciones, incluso en condiciones adversas.
La integración en la red de fuentes de energía renovables y vehículos eléctricos que utilizan convertidores de potencia como interfaces para la conexión a la red intensifica la tarea de análisis de las redes, y pone en peligro su estabilidad.
Estabilidad de microrredes
En áreas remotas con acceso limitado a las redes eléctricas, las microrredes se utilizan para alimentar cargas locales a partir los recursos energéticos locales. Hasta ahora se han utilizado para este propósito los grupos electrógenos alimentados con diésel y convertidores de electrónica de potencia como interfaz.
Estos convertidores deben producir una corriente de la misma frecuencia que la red, para lo cual se utiliza frecuentemente un controlador de sincronización. Una alternativa es utilizar un control que imite el funcionamiento de los generadores convencionales, que utilizan una forma implícita de sincronización. Estas dos estrategias han sido estudiadas en profundidad, para su aplicación en redes eléctricas convencionales y son muy utilizadas en la actualidad. Sin embargo, la frecuencia en las microrredes puede desviarse significativamente de su valor nominal, dificultando la sincronización.
Científicos de IMDEA Energía han modelado diferentes topologías de microrredes y han confirmado que las microrredes con generadores convencionales tienen límites de estabilidad reducidos.
Los principales resultados se han resumido en una guía para el diseño de los controladores para convertidores de microrred que facilita la integración de fuentes de energía renovables y propician a su vez una mayor descarbonización del suministro de energía.