Synchronization, islanding detection and power quality improvement in distributed power generation systems

Resum

La presente tesis se enmarca en la temática de la generación distribuida de energía eléctrica. En los últimos años la generación distribuida ha sido foco de gran actividad investigadora debido al aumento de la demanda energética y a la concienciación medioambiental. Tradicionalmente, la generación de energía eléctrica se ha venido realizado de forma centralizada, mediante el uso de grandes plantas generadoras, por lo que la energía eléctrica ha de transmitirse a través de largas distancias hasta los consumidores finales. En contra, mediante el uso de la generación distribuida, generadores de menor potencia se conectan a la red principal lo más cerca posible de los consumidores, con el objetivo de reducir las pérdidas de transmisión y el número y tamaño de las líneas de transmisión. No obstante, el uso de sistemas de generación distribuida plantea nuevos retos relacionados con la sincronización, detección de estado de islanding, problemas de calidad de red, reparto de carga¿ Tres temas principales se discuten en la presente tesis: ¿ Sincronización de generadores distribuidos. La conexión entre unidades de generación distribuidas (habitualmente convertidores de potencia) y la red principal requiere que la tensión de salida del convertidor de potencia coincida (en magnitud y fase) con la tensión de red. El uso de métodos de sincronización es por lo tanto imprescindible para realizar una conexión física suave y asegurar un control de potencia preciso. En esta tesis se presentan tres algoritmos de sincronización: uno para sistemas monofásicos y dos para sistemas trifásicos. ¿ Detección de estado de islanding. Comúnmente se define la detección de islanding como la detección de si el convertidor de potencia se encuentra conectado a la red principal o aislado de la misma. Los convertidores de potencia deben detectar si están aislados o conectados a la red con el objetivo de adaptar sus algoritmos de control al estado de conexión. Se presentan en esta tesis cinco algoritmos de detección de islanding, todos ellos basados en la estimación de la impedancia de salida de alta frecuencia del convertidor de potencia. ¿ Mejora de la calidad de red. Un convertidor de potencia debe cumplir un conjunto de normativas de conexión a red en cuanto a calidad de la energía se refiere. Habitualmente se implementan mecanismos para la reducción de la tasa de distorsión armónica (THD) y reducción de la tasa de variación de frecuencia y magnitud de la tensión de la red principal. Se proponen en la presente tesis dos algoritmos para la mejora de la calidad de red: un algoritmo para la mejora del THD y un algoritmo para la conexión suave de convertidores de potencia a redes distorsionadas.