Análisis de estabilidad transitoria en SMBI con la integración de un sistema eólico basado en el generador síncrono de imanes permanentes

Abstract

En este trabajo se presenta el análisis de estabilidad transitoria del sistema máquina - bus infinito (SMBI). En una primera instancia, se considera una planta de generación convencional y, posteriormente, un sistema eólico basado en el generador síncrono de imanes permanentes. En ambos casos se simula una falla de cortocircuito trifásica en la red de transmisión y se evalúa el impacto de esta perturbación en la estabilidad transitoria del sistema.

Se explica la definición y clasificación de estabilidad de sistemas eléctricos de potencia y se formula la metodología para el análisis de estabilidad transitoria. En el análisis del SMBI con una planta de generación convencional se utiliza el modelo transitorio del generador síncrono y un modelo de primer orden de su sistema de excitación estático. Para diferentes valores de potencia activa del generador en estado estable, se somete el sistema a una falla de cortocircuito trifásica, considerando en cada caso el tiempo crítico de liberación de falla.

Se analiza el esquema de operación de máxima extracción de potencia de los sistemas eólicos que utilizan una turbina de eje horizontal acoplada a un generador síncrono de imanes permanentes. Se obtienen curvas de desempeño que relacionan las variables de velocidad del viento, potencia de la turbina y velocidad angular del eje de la turbina. Además, se utilizan modelos que se presentan en la literatura consultada para demostrar el esquema de operación de máxima extracción de potencia del aerogenerador con un perfil de entrada de viento.

Mediante software de simulación se evalúa la estabilidad transitoria del SMBI con un sistema eólico basado en el generador síncrono de imanes permanentes utilizando los modelos del generador y el convertidor propios del software. Para diferentes valores de velocidad de viento, se somete el sistema a una falla de cortocircuito trifásica, considerando en cada caso el tiempo crítico de liberación de falla. Además, se comparan dos estrategias de control en el convertidor lado red (inversor) del sistema eólico: regulación de intercambio de potencia reactiva con la red y regulación de la magnitud de tensión del nodo de interconexión. Finalmente, se evalúa el impacto que tienen estas estrategias en la estabilidad transitoria del sistema de potencia.