Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microred eléctrica basada en varios convertidores de potencia

TRABAJO FINAL DE MÁSTER TÍTULO: Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia AUTOR: BREÑA DIAZ, LUIS ALBERTO FECHA DE PRESENTACIÓN: 27/05/2025 APELLIDOS: BREÑA DIAZ NOMBRES: LUIS ALBERTO TITULACIÓN: Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia PLAN: 2024 DIRECTOR: MIGUEL CASTILLA FERNANDEZ DEPARTAMENTO: INGENIERÍA ELECTRÓNICA CALIFICACIÓN DEL TFM DATA DE LECTURA: 27/05/2025 Este proyecto tiene en cuenta los aspectos medioambientales:  Sí  No TRIBUNAL PRESIDENTE RAFAEL RAMON RAMOS LARA SECRETARIO JAUME MIRET TOMAS VOCAL RAFAEL VIDAL FERRÉ RESUMEN En las microrredes eléctricas, la presencia de tensiones de secuencia negativa debido a desbalances de carga o perturbaciones puede afectar el rendimiento de los convertidores, reducir la vida útil de los equipos y generar ineficiencias en la distribución de energía. Este trabajo presenta un esquema de control para la eliminación completa de la tensión de secuencia negativa en una microrred con múltiples convertidores de potencia. La estrategia propuesta se basa en un control de generación de corriente de referencia a partir de la tensión de la red virtual, creada de manera independiente en cada convertidor. Para la detección y separación de las componentes de secuencia negativa, se emplea el Second-Order Generalized Integrator (SOGI), un método eficiente que permite extraer la secuencia positiva y negativa sin necesidad de filtros adicionales. Su implementación mejora la precisión del cálculo de referencia y facilita la compensación activa. El control se implementa en el marco de referencia estático alfa-beta, lo que permite una mitigación efectiva de los desequilibrios. A través de simulaciones en MATLAB/Simulink, se valida la efectividad del esquema, demostrando la eliminación casi total de la tensión de secuencia negativa en cada convertidor. Esto mejora la estabilidad de la microrred y reduce las pérdidas en los convertidores. Este trabajo ofrece una solución eficiente para mejorar la calidad de la energía en microrredes con alta penetración de energías renovables y cargas desbalanceadas, asegurando una operación más estable y confiable del sistema. Palabras clave (máximo 10): Microrred Desbalance Secuencia positiva Secuencia negativa Convertidor Red Virtual Matlab Simulink SOGI Calidad de energía ABSTRACT In electrical microgrids, the presence of negative sequence voltages due to unbalanced loads or network disturbances can affect converter performance, reduce equipment lifespan, and create inefficiencies in power distribution. This work presents a control scheme for the complete elimination of negative sequence voltage in a microgrid with multiple power converters. The proposed strategy is based on a reference current generation control derived from the virtual grid voltage, created independently in each converter. To detect and separate the negative sequence components, the Second Order Generalized Integrator (SOGI) is employed like an efficient method that extracts positive and negative sequences without requiring additional filters. Its implementation enhances reference calculation accuracy and facilitates active compensation. The control is implemented in the stationary reference frame alpha-beta, allowing effective mitigation of imbalances. Simulations in MATLAB/Simulink validate the effectiveness of the scheme, demonstrating an almost complete elimination of negative sequence voltage in each converter. This improves the microgrid stability and reduces losses in the converters. This work provides an efficient solution to enhance power quality in microgrids with high penetration of renewable energy and unbalanced loads, ensuring a more stable and reliable system operation. Keywords (10 maximum): Microgrid Unbalanced Load Positive Sequence Negative Sequence Converter Virtual Grid Matlab Simulink SOGI Power Quality SUMARIO 1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 8 1.1 CONTEXTO Y MOTIVACIÓN ....................................................................................................... 8 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN ................................................................. 9 1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................................................ 9 2. MARCO TEÓRICO ....................................................................................................................... 10 2.1 MICRORREDES ELÉCTRICAS .................................................................................................... 10 2.2 CONVERTIDORES DE POTENCIA EN MICRORREDES ................................................................ 11 2.3 COMPONENTES DE SECUENCIA POSITIVA Y NEGATIVA .......................................................... 12 2.4 CONTROL DE LA TENSIÓN DE SECUENCIA NEGATIVA EN MICRORREDES ................................ 14 3. DESARROLLO METODOLÓGICO .................................................................................................. 15 3.1 ARQUITECTURA DE LA MICRORRED ESTUDIADA .................................................................... 15 3.2 MODELADO DE MICRORRED SEPIC ......................................................................................... 16 3.3 ESTRATEGIA DE CONTROL PROPUESTA .................................................................................. 21 3.3.1 EXTRACCIÓN DE SECUENCIAS DE TENSIÓN POSITIVA Y NEGATIVA ................................... 21 3.3.1.1 TRANSFORMADA DE CLARKE ................................................................................... 21 3.3.1.2 EXTRACTOR DE SECUENCIAS DE DOBLE CANAL (SOGI + PSNC) ................................ 22 3.3.2 ELIMINACIÓN DE TENSIÓN DE SECUENCIA NEGATIVA A TRAVÉS DE UNA RED VIRTUAL .. 25 3.4 IMPLEMENTACIÓN DE SISTEMA EN ENTORNO MATLAB/SIMULINK ................................................ 29 3.4.1 MODELADO DE CADA CONVERTIDOR DE POTENCIA ......................................................... 29 3.4.2 MODELADO DE LÍNEA INTEGRADA A MICRORRED PARA CADA CONVERTIDOR DE POTENCIA ……………………………………………………………………………………………………………………………………….30 3.4.2.1 INVERSOR TRIFÁSICO ............................................................................................... 31 3.4.2.2 INDUCTANCIA DE FILTRO ......................................................................................... 31 3.4.2.3 CAPACITOR DE FILTRO .............................................................................................. 32 3.4.2.4 INDUCTANCIA LCL DE ACOPLAMIENTO .................................................................... 32 3.4.2.5 TRANSFORMADOR DE ACOPLAMIENTO ................................................................... 33 3.4.3 MODELADO DE FUENTE DE TENSIÓN PROGRAMABLE ...................................................... 33 3.4.4 MODELADO TOTAL DEL SISTEMA ...................................................................................... 35 4. SIMULACIÓN DEL SISTEMA ........................................................................................................ 36 4.1 CONDICIONES DE SIMULACIÓN .............................................................................................. 36 4.2 ESCENARIOS CONSIDERADOS ................................................................................................. 36 4.2.1 CONTROLADOR ACTIVADO ÚNICAMENTE CON INVERSOR G1 .......................................... 38 4.2.2 CONTROLADORES ACTIVADOS EN INVERSORES G1 Y G2 .................................................. 39 4.2.3 CONTROLADORES ACTIVADOS EN INVERSORES G1, G2 Y G3 ............................................ 40 4.2.4 CONTROLADORES ACTIVADOS EN INVERSORES G1 A G4 .................................................. 41 4.2.5 CONTROLADORES ACTIVADOS EN INVERSORES G1 A G5 .................................................. 43 4.2.6 CONTROLADORES ACTIVADOS EN LOS SEIS INVERSORES (G1 A G6) ................................. 44 5. ANÁLISIS DE RESULTADOS ......................................................................................................... 49 5.1. ESCENARIO 1: CONTROLADOR ACTIVADO ÚNICAMENTE CON INVERSOR G1 ......................... 49 5.2 ESCENARIO 2: CONTROLADORES ACTIVADOS EN INVERSORES G1 Y G2 .................................. 50 5.3 ESCENARIO 3: CONTROLADORES ACTIVADOS EN INVERSORES G1, G2 Y G3 ............................ 51 5.4 ESCENARIO 4: CONTROLADORES ACTIVADOS EN INVERSORES G1 A G4 .................................. 52 5.5 ESCENARIO 5: CONTROLADORES ACTIVADOS EN INVERSORES G1 A G5 .................................. 53 5.6 ESCENARIO 6: CONTROLADORES ACTIVADOS EN LOS SEIS INVERSORES (G1 A G6)...…….……… 54 6. ANÁLISIS DE IMPACTO AMBIENTAL, SOCIOECONÓMICO Y ÉTICO ............................................... 55 6.1 ANÁLISIS DE IMPACTO AMBIENTAL ........................................................................................ 55 6.2 ANÁLISIS DE IMPACTO SOCIOECONÓMICO ............................................................................ 55 6.3 ANÁLISIS ÉTICO ....................................................................................................................... 56 7. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO ......................................................................................... 57 7.1 CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 57 7.2 TRABAJO FUTURO ................................................................................................................... 57 8. AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................... 59 9. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................ 60 10. ANEXOS ................................................................................................................................ 62 10.1 ANEXO 1 (CODIGO GENERAL DE CONTROL) ............................................................................ 62 10.2 ANEXO 2 (CÓDIGO PARA OBTENCIÓN DE GRÁFICOS) ............................................................. 69 SUMARIO DE FIGURAS FIGURA 1. EJEMPLO DE MICRORRED ELÉCTRICA ...................................................................................................... 8 FIGURA 2. COMPONENTES DE TENSIÓN DE SECUENCIA POSITIVA Y NEGATIVA EN UNA TENSIÓN DESEQUILIBRADA ................ 12 FIGURA 3. DIAGRAMAS DE BLOQUES DE CONTROL DE CONVERTIDORES GRID-FEEDING ................................................. 16 FIGURA 4. ESQUEMÁTICO DETALLADO DE MICRORRED SEPIC ................................................................................. 17 FIGURA 5. ESQUEMÁTICO ELÉCTRICO DE MICRORRED SEPIC ................................................................................... 17 FIGURA 6. ESQUEMÁTICO EN ENTORNO DE SIMULACIÓN MATLAB/SIMULINK DE MICRORRED SEPIC .............................. 18 FIGURA 7. EXTRACTOR DE SECUENCIAS DE TENSIÓN POSITIVA Y NEGATIVA .................................................................. 21 FIGURA 8. REPRESENTACIÓN DE TRANSFORMADA DE CLARKE EN BLOQUE DE CONTROL MATLAB/SIMULINK ..................... 22 FIGURA 9. REPRESENTACIÓN EN BLOQUES FUNCIONALES PARA EXTRACTOR DE SECUENCIA DOBLE CANAL (SOGI + PNSC) . 23 FIGURA 10. REPRESENTACIÓN DE ECUACIONES SOGI + PNSC EN BLOQUE DE CONTROL MATLAB/SIMULINK .................... 24 FIGURA 11. ESQUEMÁTICO ELÉCTRICO DE SECUENCIA POSITIVA POR CONVERTIDOR DE POTENCIA ................................... 25 FIGURA 12. ESQUEMÁTICO ELÉCTRICO DE SECUENCIA NEGATIVA POR CONVERTIDOR DE POTENCIA .................................. 25 FIGURA 13. REPRESENTACIÓN ELÉCTRICA DE RED VIRTUAL ..................................................................................... 26 FIGURA 14. REPRESENTACIÓN EN BLOQUES FUNCIONALES INTRODUCIENDO ESTRATEGIA DE CONTROL DE RED VIRTUAL ...... 26 FIGURA 15. CODIFICACIÓN DE VOLTAJES VIRTUALES EN MATLAB/SIMULINK ............................................................... 27 FIGURA 16. CODIFICACIÓN DE CORRIENTES ACTIVAS Y REACTIVAS DE SECUENCIAS POSITIVAS Y NEGATIVAS DE REFERENCIA PROCEDENTES DE RED VIRTUAL EN MATLAB/SIMULINK ................................................................................ 28 FIGURA 17. CODIFICACIÓN DE CORRIENTES DE REFERENCIA EN MARCO ΑΒ PROCEDENTE DE RED VIRTUAL EN MATLAB/SIMULINK ............................................................................................................................... 28 FIGURA 18. MODELO EN SIMULINK DE INVERSOR TRIFÁSICO TIPO GRID-FEEDING CON MEDICIÓN DE TENSIONES DE SALIDA .. 30 FIGURA 19. MODELO DE LÍNEA DE ACOPLAMIENTO ENTRE CONVERTIDOR DE POTENCIA Y MICRORRED EN SIMULINK ........... 30 FIGURA 20. PARAMETRIZACIÓN DE CADA IGBT CON DIODO ANTIRRETORNO EN CADA CONVERTIDOR DE POTENCIA ........... 31 FIGURA 21. PARAMETRIZACIÓN DE INDUCTANCIA DE FILTRO EN CADA CONVERTIDOR DE POTENCIA ................................ 31 FIGURA 22. PARAMETRIZACIÓN DE CAPACITANCIA DE FILTRO EN CADA CONVERTIDOR DE POTENCIA ............................... 32 FIGURA 23. PARAMETRIZACIÓN DE INDUCTANCIA LCL DE ACOPLAMIENTO EN CADA CONVERTIDOR DE POTENCIA ............. 32 FIGURA 24. PARAMETRIZACIÓN DE TRANSFORMADOR EN CADA CONVERTIDOR DE POTENCIA ........................................ 33 FIGURA 25. MODELADO DE FUENTE DE TENSIÓN PROGRAMABLE EN MATLAB/SIMULINK ............................................. 34 FIGURA 26. CODIFICACIÓN DE FUENTE DE TENSIÓN PROGRAMABLE EN MATLAB/SIMULINK .......................................... 34 FIGURA 27. MODELADO TOTAL DEL SISTEMA BASADO EN MICRORRED SEPIC EN ENTORNO MATLAB/SIMULINK ............... 35 FIGURA 28. RESPUESTA DE CONTROLADOR EN ELIMINACIÓN DE TENSIÓN DE SECUENCIA NEGATIVA EN EL INVERSOR G1 ...... 38 FIGURA 29. RESPUESTA DE CONTROLADOR EN ELIMINACIÓN DE TENSIÓN DE SECUENCIA NEGATIVA EN LOS INVERSORES G1 Y G2 ..................................................................................................................................................... 39 FIGURA 30. RESPUESTA DE CONTROLADOR EN ELIMINACIÓN DE TENSIÓN DE SECUENCIA NEGATIVA EN LOS INVERSORES G1, G2 Y G3 ................................................................................................................................................... 40 FIGURA 31. RESPUESTA DE CONTROLADOR EN ELIMINACIÓN DE TENSIÓN DE SECUENCIA NEGATIVA EN LOS INVERSORES G1, G2, G3 Y G4 ....................................................................................................................................... 42 FIGURA 32. RESPUESTA DE CONTROLADOR EN ELIMINACIÓN DE TENSIÓN DE SECUENCIA NEGATIVA EN LOS INVERSORES G1, G2, G3, G4 Y G5 ................................................................................................................................. 43 FIGURA 33. RESPUESTA DE CONTROLADOR EN EVALUACIÓN INICIAL (ESTUDIO 1) DE ELIMINACIÓN DE TENSIÓN DE SECUENCIA NEGATIVA EN LOS SEIS INVERSORES DE LA MICRORRED G1, G2, G3, G4, G5 Y G6 ............................................. 45 FIGURA 34. RESPUESTA DE CONTROLADOR SEGUNDA EVALUACIÓN (ESTUDIO 2) DE ELIMINACIÓN DE TENSIÓN DE SECUENCIA NEGATIVA EN LOS SEIS INVERSORES DE LA MICRORRED G1, G2, G3, G4, G5 Y G6 ............................................. 46 FIGURA 35. RESPUESTA DE CONTROLADOR EN TERCERA EVALUACIÓN (ESTUDIO 3) DE ELIMINACIÓN DE TENSIÓN DE SECUENCIA NEGATIVA EN LOS SEIS INVERSORES DE LA MICRORRED G1, G2, G3, G4, G5 Y G6 ............................................. 46 FIGURA 36. RESPUESTA DE CONTROLADOR EN CUARTA EVALUACIÓN (ESTUDIO 4) DE ELIMINACIÓN DE TENSIÓN DE SECUENCIA NEGATIVA EN LOS SEIS INVERSORES DE LA MICRORRED G1, G2, G3, G4, G5 Y G6 ............................................. 47 FIGURA 37. RESPUESTA DE CONTROLADOR EN QUINTA EVALUACIÓN (ESTUDIO 5) DE ELIMINACIÓN DE TENSIÓN DE SECUENCIA NEGATIVA EN LOS SEIS INVERSORES DE LA MICRORRED G1, G2, G3, G4, G5 Y G6 ............................................. 47 SUMARIO DE TABLAS TABLA 1. DESCRIPCIÓN, REPRESENTACIÓN Y VALORES DE PARÁMETROS CORRESPONDIENTE A MICRORRED SEPIC ............. 37 TABLA 2. EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD SEGÚN LA RELACIÓN ENTRE INDUCTANCIA VIRTUAL Y DE LÍNEA EN EL INVERSOR G1 ......................................................................................................................................................... 38 TABLA 3. EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD SEGÚN LA RELACIÓN ENTRE INDUCTANCIA VIRTUAL Y DE LÍNEA EN LOS INVERSORES G1 Y G2 ................................................................................................................................................... 39 TABLA 4. EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD SEGÚN LA RELACIÓN ENTRE INDUCTANCIA VIRTUAL Y DE LÍNEA EN LOS INVERSORES G1, G2 Y G3 ....................................................................................................................................... 41 TABLA 5. EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD SEGÚN LA RELACIÓN ENTRE INDUCTANCIA VIRTUAL Y DE LÍNEA EN LOS INVERSORES G1, G2, G3 Y G4 ................................................................................................................................. 42 TABLA 6. EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD SEGÚN LA RELACIÓN ENTRE INDUCTANCIA VIRTUAL Y DE LÍNEA EN LOS INVERSORES G1, G2, G3, G4 Y G5 ........................................................................................................................... 44 TABLA 7. ESTUDIOS DE ESTABILIDAD DE ELIMINACIÓN DE TENSIÓN DE SECUENCIA NEGATIVA SEGÚN LA RELACIÓN ENTRE INDUCTANCIA VIRTUAL Y DE LÍNEA EN LOS SEIS INVERSORES DE LA MICRORRED G1, G2, G3, G4, G5 Y G6 ............. 48 Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 8 1. INTRODUCCIÓN Las microrredes eléctricas, conformadas por múltiples convertidores de potencia que integran fuentes de generación distribuida, requieren estrategias de control avanzadas para garantizar una operación estable y de alta calidad. Uno de los problemas críticos en estos sistemas es la presencia de componentes de tensión de secuencia negativa, causados por desequilibrios en la red o perturbaciones externas, los cuales generan pérdidas adicionales, degradación de equipos y afectación en la calidad de la energía. Este trabajo propone un esquema de control orientado a la eliminación completa de la tensión de secuencia negativa en una microrred basada en múltiples convertidores. Se desarrolla un enfoque de control distribuido y coordinado que actúa directamente sobre los convertidores para compensar activamente las componentes de secuencia negativa. La metodología incluye el modelado dinámico de la microrred, el diseño del sistema de control y su validación mediante simulaciones y análisis de desempeño bajo diferentes condiciones operativas. Figura 1. Ejemplo de Microrred Eléctrica 1.1 CONTEXTO Y MOTIVACIÓN La creciente penetración de fuentes de generación distribuida en los sistemas eléctricos ha impulsado el desarrollo de microrredes, las cuales permiten una operación autónoma y coordinada de recursos energéticos locales. Estas microrredes se caracterizan por incluir convertidores electrónicos de potencia, que desempeñan un papel fundamental en la conexión y control de fuentes como paneles fotovoltaicos, turbinas eólicas, bancos de baterías, entre otros. Sin embargo, el entorno de operación de una microrred es dinámico y está sujeto a condiciones como desequilibrios de carga, variaciones en la generación, asimetrías en la red de distribución y transitorios eléctricos. Estas condiciones pueden generar componentes de tensión de secuencia negativa, las cuales deterioran la calidad del suministro eléctrico, causan vibraciones mecánicas en motores, incrementan pérdidas por calentamiento y disminuyen la eficiencia de los convertidores. En este contexto, el control avanzado de los convertidores es clave para asegurar una operación segura, eficiente y estable de la microrred. La posibilidad de eliminar completamente la tensión de secuencia negativa representa un avance significativo en el diseño de sistemas de control distribuidos, capaces de mejorar la calidad de energía y extender la vida útil de los equipos conectados a la red. Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 15 3. DESARROLLO METODOLÓGICO Este capítulo presenta el desarrollo metodológico de la estrategia de control propuesta para la eliminación activa de la tensión de secuencia negativa en una microrred trifásica compuesta exclusivamente por convertidores grid-feeding. A diferencia de configuraciones tradicionales que emplean convertidores grid-forming para estabilizar la tensión, el sistema considerado en esta investigación depende completamente de la red externa para su referencia de tensión y frecuencia, lo que impone retos adicionales en términos de estabilidad y calidad de suministro bajo condiciones de desbalance. El método propuesto se fundamenta en la implementación distribuida de un Generador de Corriente de Referencia (GCR) basado en la tensión de una red virtual balanceada, estimada localmente por cada convertidor. Esta red virtual actúa como marco de comparación para detectar y cuantificar la presencia de secuencia negativa en el sistema. Mediante técnicas de procesamiento en el dominio estático alfa-beta y la generación de corrientes de compensación específicas, cada convertidor contribuye activamente a mitigar la distorsión causada por el desbalance, sin necesidad de una arquitectura de control jerárquico ni una fuente dominante de tensión. 3.1 ARQUITECTURA DE LA MICRORRED ESTUDIADA La microrred empleada como caso de estudio en este trabajo, denominada SEPIC MicroGrid, está conformada por seis convertidores electrónicos de potencia del tipo gridfeeding, conectados en paralelo a un punto común de acoplamiento (PCC). Esta configuración representa un entorno controlado que permite evaluar con alta precisión el comportamiento dinámico [10] del sistema bajo distintos escenarios operativos, incluyendo desequilibrios de tensión, perturbaciones trifásicas y fallos en la red. Cada convertidor de potencia está alimentado por una fuente de corriente continua (DC) y conectado a la red a través de una etapa de conversión full-bridge y un filtro de salida. Estos filtros se diseñan con el objetivo de atenuar las componentes armónicas y garantizar una adecuada calidad de la corriente inyectada. Además, cada convertidor incluye un lazo de control digital, implementado mediante un controlador independiente en cada convertidor de potencia, que permite ejecutar en tiempo real la estrategia de compensación de la componente de secuencia negativa. La figura 3 muestra un diagrama de bloques de este lazo de control. La estrategia de control propuesta se basa en un enfoque completamente distribuido, donde cada convertidor opera de forma autónoma e independiente, utilizando una red virtual local para estimar la componente de secuencia negativa. A partir de esta estimación, se genera una corriente de referencia cuya inyección tiene como objetivo cancelar la tensión de secuencia negativa en el PCC. Esta arquitectura evita la necesidad de comunicación entre convertidores, lo que incrementa la robustez del sistema ante fallos de enlace y facilita la escalabilidad de la microrred. El sistema cuenta además con elementos de prueba que permiten inducir condiciones anormales de operación. Estos incluyen impedancias desequilibradas, dispositivos de desconexión de fase y mecanismos para simular fallos controlados. Tales elementos son fundamentales para validar la eficacia de la estrategia de control propuesta frente a perturbaciones reales, sin comprometer la integridad del sistema. Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 16 Finalmente, la microrred incorpora una infraestructura de supervisión [11] que, aunque no interviene directamente en el control primario, permite registrar las variables eléctricas relevantes y realizar ajustes experimentales. Esta plataforma resulta especialmente útil para la verificación de los resultados mediante simulaciones y pruebas de laboratorio, aportando evidencia cuantitativa sobre la eliminación efectiva de la componente de secuencia negativa en condiciones dinámicas reales. Figura 3. Diagramas de bloques de control de convertidores Grid-Feeding 3.2 MODELADO DE MICRORRED SEPIC El modelado de los convertidores de potencia implementados en la microrred SEPIC, mostrada en las figuras 4, 5 y 6, se ha desarrollado utilizando el entorno de simulación MATLAB/Simulink, con un enfoque centrado en la representación precisa del comportamiento dinámico de cada uno de los seis convertidores tipo grid-feeding. Cada convertidor se conecta a la red a través de un filtro LCL, lo que permite mitigar el contenido armónico de las corrientes inyectadas y mejorar la calidad de energía en el punto de acoplamiento común. En el modelo implementado, cada convertidor está constituido por una etapa de potencia basada en un inversor trifásico controlado mediante modulación por ancho de pulso (PWM), el cual es gobernado por una estructura de control en lazo cerrado [12]. Esta estructura incluye bloques específicos para el seguimiento de referencias de corriente generadas a partir de una red virtual independiente para cada convertidor, lo que permite implementar la estrategia de control propuesta para la eliminación de la tensión de secuencia negativa. Cada controlador genera las señales de disparo que determinan el comportamiento del inversor, basándose en el error entre las corrientes medidas y las referencias deseadas. Los convertidores se conectan a la red mediante sus respectivos filtros LCL, compuestos por dos inductancias separadas por un capacitor de acoplamiento, junto con resistencias parásitas que representan las pérdidas en los componentes. En el modelo también se ha incluido la impedancia de acoplamiento entre convertidores, la cual es esencial para representar la interacción entre unidades en la microrred. Adicionalmente, en el modelo de Simulink se representan los elementos de medición y los lazos de realimentación necesarios para la implementación del control en tiempo real [13], incluyendo las transformaciones a marcos de referencia estáticos (abc/alfabeta) y las transformaciones inversas, así como los bloques de control proporcional-resonante (PRES) que regulan las componentes de corriente activa y reactiva. Este entorno de modelado permite realizar pruebas precisas sobre la efectividad del control distribuido diseñado, evaluando de manera individual el comportamiento de cada convertidor y su contribución al rechazo de la componente de secuencia negativa. Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 17 Asimismo, facilita el análisis de la estabilidad del sistema frente a perturbaciones, condiciones de operación desequilibradas y variaciones en los parámetros de la red. Figura 4. Esquemático detallado de Microrred SEPIC Figura 5. Esquemático eléctrico de Microrred SEPIC Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 18 Figura 6. Esquemático en entorno de simulación Matlab/Simulink de Microrred SEPIC El modelamiento matemático individual de cada uno de los seis convertidores en modo grid-feeding (G1 al G6) permite describir con precisión cómo interactúan con la red, cómo se propagan las perturbaciones de secuencia negativa y cómo las características eléctricas locales influyen en la estabilidad global del sistema [14]. Dado que estos convertidores operan como fuentes de corriente controladas, su comportamiento depende directamente de la referencia de corriente impuesta por el sistema de control, y de las condiciones de tensión en el punto de acoplamiento. A través del modelado, es posible representar dinámicamente la inyección de corriente activa y reactiva, así como las interacciones entre nodos a través de las impedancias de línea, filtros de salida y caídas de tensión asociadas. Este modelado no solo permite evaluar el efecto de las asimetrías y desbalances de tensión sobre el desempeño del sistema, sino que también posibilita el diseño e implementación de estrategias avanzadas de control, orientadas a la supresión de componentes de secuencia negativa, la mejora de la calidad de energía y la optimización de la distribución de potencia entre los seis convertidores de potencia. Este enfoque es esencial para el diseño de estrategias de control que garanticen una operación equilibrada, robusta y eficiente de toda la microrred, especialmente en escenarios con múltiples generadores distribuidos, cargas no lineales o fallas desequilibradas. La microrred mostrada en la figura 5 se modela mediante el conjunto de ecuaciones discretas que se escriben seguidamente: Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 19 𝑉0 ,[𝑘]=#−𝑤1(𝐿20 +𝐿0&)𝐼30 ,[𝑘]−#𝑤1𝐿&(C𝐼30 ,[𝑘]+𝐼3& ,[𝑘]D−#𝑤1𝐿(4C𝐼30 ,[𝑘]+𝐼3& ,[𝑘]+ #𝐼3( ,[𝑘]+𝐼34 ,[𝑘]+𝐼35 ,[𝑘]+𝐼36 ,[𝑘]D#−𝑤1𝐿7C𝐼30 ,[𝑘]+𝐼3& ,[𝑘]+#𝐼3( ,[𝑘]+𝐼34 ,[𝑘]+ 𝐼35 ,[𝑘]+𝐼36 ,[𝑘]D+#𝑉7 ,[𝑘] (3.1) 𝑉& ,[𝑘]=#−𝑤1𝐿2&C𝐼30 ,[𝑘]+𝐼3& ,[𝑘]D−#𝑤1𝐿&(C𝐼30 ,[𝑘]+𝐼3& ,[𝑘]D−#𝑤1𝐿(4C𝐼30 ,[𝑘]+ 𝐼3& ,[𝑘]+#𝐼3( ,[𝑘]+𝐼34 ,[𝑘]+𝐼35 ,[𝑘]+𝐼36 ,[𝑘]D#−𝑤1𝐿7C𝐼30 ,[𝑘]+𝐼3& ,[𝑘]+#𝐼3( ,[𝑘]+ 𝐼34 ,[𝑘]+𝐼35 ,[𝑘]+𝐼36 ,[𝑘]D+#𝑉7 ,[𝑘] (3.2) 𝑉( ,[𝑘]=#−𝑤1𝐿2(C𝐼30 ,[𝑘]+𝐼3& ,[𝑘]+#𝐼3( ,[𝑘]+#𝐼35 ,[𝑘]+𝐼36 ,[𝑘]D−#𝑤1𝐿(4C𝐼30 ,+𝐼3& ,+ #𝐼3( ,+#𝐼35 ,+𝐼36 ,[𝑘]D[𝑘]−𝑤1𝐿7C𝐼30 ,[𝑘]+𝐼3& ,[𝑘]+#𝐼3( ,[𝑘]+𝐼34 ,[𝑘]+𝐼35 ,[𝑘]+𝐼36 ,[𝑘]D+ #𝑉7 ,[𝑘]# (3.3) 𝑉4 ,[𝑘]=#−𝑤1𝐿24C𝐼30 ,+𝐼3& ,+#𝐼3( ,+#𝐼35 ,+𝐼36 ,[𝑘]D[𝑘]−#𝑤1𝐿7C𝐼30 ,[𝑘]+𝐼3& ,[𝑘]+ #𝐼3( ,[𝑘]+𝐼34 ,[𝑘]+𝐼35 ,[𝑘]+𝐼36 ,[𝑘]D+#𝑉7 ,[𝑘] (3.4) 𝑉5 ,[𝑘]=#−𝑤1(𝐿25 +𝐿(5)(𝐼35 ,[𝑘]+𝐼36 ,[𝑘])−𝑤1𝐿(4C𝐼30 ,[𝑘]+𝐼3& ,[𝑘]+#𝐼3( ,[𝑘]+ #𝐼35 ,[𝑘]+𝐼36 ,[𝑘]D−#𝑤1𝐿7C𝐼30 ,[𝑘]+𝐼3& ,[𝑘]+#𝐼3( ,[𝑘]+𝐼34 ,[𝑘]+𝐼35 ,[𝑘]+𝐼36 ,[𝑘]D+#𝑉7 ,[𝑘] (3.5) 𝑉6 ,[𝑘]=#−𝑤1(𝐿26 +𝐿56)(𝐼36 ,[𝑘])−𝑤1𝐿(5C#𝐼35 ,[𝑘]+𝐼36 ,[𝑘]D+𝑤1𝐿(4C𝐼30 ,[𝑘]+𝐼3& ,[𝑘]+ #𝐼3( ,[𝑘]+#𝐼35 ,[𝑘]+𝐼36 ,[𝑘]D−#𝑤1𝐿7C𝐼30 ,[𝑘]+𝐼3& ,[𝑘]+#𝐼3( ,[𝑘]+𝐼34 ,[𝑘]+𝐼35 ,[𝑘]+ 𝐼36 ,[𝑘]D+#𝑉7 ,[𝑘] (3.6) Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 20 donde: • 𝑉8)0 ,[𝑘]#: Secuencia de tensión negativa para los seis convertidores de potencia (G1 al G6). • 𝑤𝑜: Frecuencia angular nominal del sistema. • 𝐿29: Inductancia conectada a cada convertidor de potencia donde i = 1, 2, 3, 4, 5, 6. • 𝐿&(,𝐿(4,𝐿(5,𝐿56,𝐿7: Inductancias de líneas entre convertidores de potencia. • 𝐼39 ,#: Corrientes de secuencia negativa generadas por cada inversor donde i = 1, 2, 3, 4, 5, 6. • 𝑉7 ,[𝑘]: Tensión de secuencia negativa en el nodo común a red. Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 21 3.3 ESTRATEGIA DE CONTROL PROPUESTA La estrategia de control propuesta en este trabajo tiene como objetivo principal la eliminación completa de la tensión de secuencia negativa (𝑉,) en el punto común de acoplamiento de la microrred SEPIC. Esta estrategia se implementa de forma descentralizada [15], mediante un control local para cada uno de los seis convertidores de potencia grid-feeding [16]. Todos los convertidores tienen un control basado en un esquema de generador de referencia de corriente con red virtual independiente teniendo como objetivo principal la supresión completa de la componente de tensión de secuencia negativa. Además, este control asegura el mantenimiento del suministro de potencia activa desde cada convertidor hacia la red, así como asegura la compatibilidad con operación en desequilibrio sin afectar la calidad del suministro trifásico de modo que en el dominio abc las amplitudes de tensión sean iguales. 3.3.1 EXTRACCIÓN DE SECUENCIAS DE TENSIÓN POSITIVA Y NEGATIVA La separación de las componentes de secuencia positiva y negativa de la tensión trifásica es un paso fundamental en la estrategia de control propuesta, ya que permite identificar y compensar activamente el desequilibrio presente en la red a través de la separación de las componentes de secuencia positiva y negativa. La correcta extracción de estas secuencias, tal como se muestra en la Figura 7, permite no solo evaluar la calidad de la energía, sino también diseñar la estrategia de control que mitigue los efectos adversos sobre los convertidores de potencia y la estabilidad global de la microrred. Figura 7. Extractor de secuencias de tensión positiva y negativa 3.3.1.1 TRANSFORMADA DE CLARKE La Transformada de Clarke es una herramienta matemática fundamental utilizada en el análisis y control de sistemas eléctricos trifásicos, especialmente cuando se requiere separar o analizar fenómenos relacionados con la calidad de energía [17], como secuencias de tensión positiva y negativa permitiéndonos convertir señales trifásicas desbalanceadas (v!, v",#v%)#en un sistema de coordenadas ortogonales de dos componentes (v:,#v;). La representación matricial general para tensiones y corrientes de la Transformada de Clarke se muestra a continuación: /v: v;1=#1/3#H2 −1 −1 0√3 −√3KLv! v" v%M (3.7) Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 22 Hi: i;K=#1/3#H2 −1 −1 0√3 −√3KLi! i" i%M (3.8) La figura 8 muestra el código para estas dos transformadas incluido en una Matlab function. Figura 8. Representación de Transformada de Clarke en bloque de control Matlab/Simulink 3.3.1.2 EXTRACTOR DE SECUENCIAS DE DOBLE CANAL (SOGI + PSNC) El Extractor de Secuencia de Doble Canal nos permite lograr una extracción precisa de las componentes de secuencia positiva y negativa lo que es fundamental para el diseño de la estrategia de control a partir de la composición de dos bloques funcionales principales: El Integrador Generalizado de Segundo Orden (SOGI) y el Cálculo de Secuencias Positiva y Negativa (PNSC). El bloque SOGI se encarga de procesar las tensiones transformadas al marco αβ, es decir (v:#𝑦#v;), obtenidas mediante la transformada de Clarke. Cada componente es procesada de manera independiente a través de un integrador de segundo orden sintonizado a la frecuencia fundamental de la red ω, en donde 𝜔=#𝜔<=2𝜋60, considerando una ganancia, denominada k, con un valor √2 a través de las siguientes ecuaciones: ###########################𝑆𝑂𝐺𝐼=#=! >?"(𝑠)=# @!A A#)@!# (3.9) ########################𝐷(𝑠)=#=! =(𝑠)=# >B<A A#)>B!A)B# (3.10) #############################################𝑄(𝑠)=#3=! =(𝑠)=# >B!# A#)>B!A)B# (3.11) Este procedimiento permite obtener señales de la componente fundamental, minimizando la influencia de armónicos y ruidos de alta frecuencia. La estructura del SOGI emplea una realimentación cruzada para mejorar la exactitud en la generación de la cuadratura y aumentar la selectividad de la banda de paso tal como se muestra en la Figura 9. Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 23 Figura 9. Representación en bloques funcionales para Extractor de Secuencia Doble Canal (SOGI + PNSC) Parte del procedimiento final, las señales filtradas y en cuadratura son posteriormente utilizadas en el bloque PNSC. Este módulo realiza combinaciones específicas entre las señales filtradas y sus cuadraturas para calcular las componentes de secuencia positiva y negativa: • La secuencia positiva (𝑣C ),#𝑣D )) se obtiene combinando 𝑣C < y 𝑣D < de forma constructiva para capturar la rotación de la red en sentido positivo. • La secuencia negativa (𝑣C ,,#𝑣D ,) se calcula con combinaciones que reflejan la inversión de la dirección de rotación de las perturbaciones de secuencia negativa. Finalmente procedemos a representar matemáticamente la amplitud y fase a partir de las secuencias positivas y negativas obtenidas: a. Tensión de secuencia positiva. 𝑉)=<(𝑣C ))&+C𝑣D )D& (3.11) b. Tensión de secuencia negativa. 𝑉,=<(𝑣C ,)&+C𝑣D ,D& (3.12) Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 24 c. Fase a partir de secuencias. cos𝜑=#=$ %$=$ &,$=' %$=' & E%E&# (3.13) sin𝜑=#=$ %$=' &,$=$ &$=' & E%E& (3.14) 𝜑=𝑎𝑡𝑎𝑛2(sin𝜑,cos𝜑) (3.15) La figura 10 muestra el código que permite calcular las tensiones de secuencia, sus amplitudes y fase en una Matlab function. Figura 10. Representación de ecuaciones SOGI + PNSC en bloque de control Matlab/Simulink Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 31 3.4.2.1 INVERSOR TRIFÁSICO El bloque del inversor genera tensiones alternas trifásicas mediante una estructura puente de IGBTs controlados por señales PWM. El control de conmutación es proporcionado por el bloque "Inverter Control", que calcula las señales de referencia para lograr la inyección adecuada de corriente activa y/o reactiva, de acuerdo con el control grid-feeding implementado. En la Figura 20 se muestra la correcta parametrización de cada IGBT con diodo antirretorno. Figura 20. Parametrización de cada IGBT con diodo antirretorno en cada Convertidor de Potencia 3.4.2.2 INDUCTANCIA DE FILTRO Después del inversor, las señales trifásicas pasan por una inductancia de salida. Esta se modela como una combinación serie de una resistencia (Rf) y una inductancia (Lf1) los cuales son parametrizados en la Figura 21. Su propósito principal es atenuar los armónicos generados por el proceso de conmutación, mejorar la forma de onda de corriente y limitar los transitorios. Figura 21. Parametrización de Inductancia de Filtro en cada Convertidor de Potencia Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 32 3.4.2.3 CAPACITOR DE FILTRO Posteriormente, se incluye una etapa capacitiva conectada en estrella. Esta está compuesta por una resistencia de pérdidas Rc y una capacitancia Cf1, los cuales son parametrizados en la Figura 22. Juntos, forman un filtro LCL en combinación con la siguiente inductancia. Esta etapa mejora el desempeño del sistema en la mitigación de distorsión armónica, especialmente en frecuencias de conmutación. Figura 22. Parametrización de Capacitancia de Filtro en cada Convertidor de Potencia 3.4.2.4 INDUCTANCIA LCL DE ACOPLAMIENTO La segunda inductancia del filtro LCL conecta la etapa capacitiva con el transformador. Este bloque representa la inductancia del lado de red y es importante la correcta parametrización como se muestra en la figura 23, que forma parte del diseño del filtro pasivo. Su valor es seleccionado para lograr un compromiso entre la atenuación de armónicos y la estabilidad del sistema. Figura 23. Parametrización de Inductancia LCL de Acoplamiento en cada Convertidor de Potencia Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 33 3.4.2.5 TRANSFORMADOR DE ACOPLAMIENTO Finalmente, se utiliza un transformador trifásico con impedancias serie representadas por Rt1 (resistencia) y Lt1 (inductancia de fuga) donde son parametrizados en la Figura 24. Este componente realiza el aislamiento galvánico entre el inversor y la microrred, y también adapta los niveles de tensión requeridos para la conexión al bus común. Figura 24. Parametrización de Transformador en cada Convertidor de Potencia 3.4.3 MODELADO DE FUENTE DE TENSIÓN PROGRAMABLE En la presente sección se describe el modelado matemático y la implementación de una fuente de tensión programable que permite generar componentes de secuencia positiva y negativa, controladas en magnitud y fase. Este tipo de modelado nos permite emular una red principal que puede presentar desequilibrios controlados en su tensión, permitiendo estudiar el comportamiento de los convertidores grid-feeding frente a diferentes condiciones de secuencia negativa. La Figura 25 muestra el bloque de simulación correspondiente. Dentro del bloque, se construyen las señales de tensión de fase v!, v"$y v%#como suma de las componentes de secuencia positiva y negativa. También se calcula la magnitud efectiva de cada fase, etiquetada como V!, V", V% que permite analizar el impacto del desequilibrio generado. El código implementado en la Figura 26 nos permite realizar el cálculo de las magnitudes de fase, componentes balanceadas de secuencia positiva y negativa, además de la composición de las tensiones de fase logrando garantizar la condición trifásica en suma (v!+#v"+##v%=0), incluso cuando hay desequilibrios intencionados entre las componentes. Este modelo permite generar un entorno de simulación controlado con desequilibrios programables, necesarios para validar la eficacia del controlador propuesto en la eliminación de la secuencia negativa. Al poder ajustar Vp, Vn y phi, se simulan distintos grados de desequilibrio y se observa cómo el convertidor (grid-feeding) responde bajo el esquema de control desarrollado. Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 34 Figura 25. Modelado de Fuente de Tensión Programable en Matlab/Simulink Figura 26. Codificación de Fuente de Tensión Programable en Matlab/Simulink Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 35 3.4.4 MODELADO TOTAL DEL SISTEMA El modelo completo desarrollado en Simulink representa una microrred trifásica compuesta por seis convertidores de potencia llamados Inversores en el entorno Simulink (Inverter 1 a Inverter 6), una fuente de tensión programable, una red de interconexión con impedancias distribuidas y controladores independientes de eliminación de secuencia negativa para cada Inversor. La Figura 27 muestra la estructura general del sistema implementado. Este entorno de simulación en Simulink ha sido diseñado para analizar el comportamiento colectivo de múltiples convertidores conectados a una red desequilibrada, con el fin de validar el control propuesto para eliminar la componente de secuencia negativa en las corrientes inyectadas. El modelo permite realizar distintas pruebas en un entorno controlado, tales como: • Activar o desactivar convertidores individualmente. • Variar el nivel de desequilibrio generado por la fuente. • Evaluar la calidad de la tensión y corriente en el nodo común y en cada punto de conexión. • Comparar el comportamiento del sistema con y sin la estrategia de compensación. Además, se han incorporado bloques de medición que permiten registrar las variables eléctricas relevantes (tensiones y corrientes trifásicas), tanto a la salida de cada convertidor como en el nodo central. Este modelo proporciona una plataforma flexible y precisa para validar el control propuesto y analizar su efectividad en la eliminación de la secuencia negativa, especialmente en la microrred SEPIC con seis convertidores de potencia del tipo gridfeeding llamados Inversores. Figura 27. Modelado total del sistema basado en Microrred SEPIC en entorno Matlab/Simulink Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 36 4. SIMULACIÓN DEL SISTEMA En este capítulo se presenta la simulación de la microrred implementada en Simulink. El objetivo principal es validar el comportamiento del sistema ante la presencia de tensión de secuencia negativa y comprobar la eficacia del controlador propuesto para eliminar la componente de tensión de secuencia negativa en un entorno con múltiples escenarios donde se hace la prueba del control propuesto. 4.1 CONDICIONES DE SIMULACIÓN Las simulaciones se realizaron utilizando un paso de muestreo de 𝑡A=1𝑥10,6#𝑠𝑒𝑔, lo cual permite capturar con suficiente precisión las dinámicas rápidas del sistema y una frecuencia fundamental de la microrred de 60Hz. La microrred incluye seis convertidores de potencia llamados Inversores dentro del modelado en Simulink (Inverter 1 a Inverter 6), cada uno conectado a través de un transformador, una línea con impedancia y un filtro LCL, donde los parámetros eléctricos usados en el modelo se muestran en la Tabla 1. 4.2 ESCENARIOS CONSIDERADOS Con el fin de verificar el correcto funcionamiento del controlador diseñado para la eliminación de la componente de secuencia negativa, se plantearon diferentes escenarios de prueba en los que se va incrementando gradualmente el número de convertidores (inversores) que aplican el control. El objetivo principal es evaluar la respuesta del sistema cuando el controlador se activa de forma progresiva: primero en un solo inversor, luego haciendo uso de dos inversores, luego tres y así sucesivamente hasta llegar a los seis inversores funcionando simultáneamente con la estrategia de control propuesta. Esto no solo permite observar cómo se comporta el sistema en cada caso, sino también ajustar de manera adecuada los parámetros de la red virtual en cada controlador, es decir, la inductancia y la resistencia virtuales. Estos parámetros son determinantes para garantizar la estabilidad del sistema y una distribución efectiva de la corriente de secuencia negativa. Si no se eligen correctamente, puede producirse una sobrecompensación o incluso inestabilidad entre convertidores. Este enfoque progresivo permite identificar con precisión cómo se distribuye la compensación entre los inversores y qué valores de parámetros virtuales son más adecuados cuando más unidades están involucradas en el proceso de eliminación de secuencia negativa. De este modo, se logra optimizar el diseño del controlador y garantizar un comportamiento robusto, incluso en configuraciones con múltiples convertidores operando al mismo tiempo. Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 37 ITEM DESCRIPCIÓN DE PARÁMETRO REPRESENTACIÓN VALOR UNIDADES 1 Voltaje Corriente Continua Vcc 400 V 2 Voltaje Nominal Vo 110 Vrms 3 Voltaje de Secuencia Positiva Vp_grid 155 V 4 Voltaje de Secuencia Negativa Vn_grid 35 V 5 Frecuencia de red 𝜔 2 𝜋 60 rad/s 6 Inductancia de Filtros Inductivos Lf 3 mH 7 Resistencia de Filtros Inductivos Rf 0.01 Ω 8 Capacitancia de Filtros Capacitivos Cf 20 uF 9 Resistencia de Filtros Capacitivos Rc 24 Ω 10 Inductancia de Filtros LCL L_LCL 1.75 mH 11 Resistencias de Filtros LCL R_LCL 0.01 Ω 12 Inductancia de Red Lg 2 mH 13 Resistencia de Red Rg 0.01 Ω 14 Inductancia de Línea Z12 L_z12 2 mH 15 Inductancia de Línea Z23 L_z23 0.8 mH 16 Inductancia de Línea Z34 L_z34 0.8 mH 17 Inductancia de Línea Z35 L_z35 2 mH 18 Inductancia de Línea Z56 L_z56 0.8 mH 19 Inductancia de Transformador 1 L_T1 1 mH 20 Resistencia de Transformador 1 R_T1 0.5 Ω 21 Inductancia de Transformador 2 L_T2 1 mH 22 Resistencia de Transformador 2 R_T2 0.5 Ω 23 Inductancia de Transformador 3 L_T3 0.6 mH 24 Resistencia de Transformador 3 R_T3 1.13 Ω 25 Inductancia de Transformador 4 L_T4 0.6 mH 26 Resistencia de Transformador 4 R_T4 1.13 Ω 27 Inductancia de Transformador 5 L_T5 0.6 mH 28 Resistencia de Transformador 5 R_T5 1.13 Ω 29 Inductancia de Transformador 6 L_T6 1.8 mH 30 Resistencia de Transformador 6 R_T6 1.95 Ω Tabla 1. Descripción, representación y valores de parámetros correspondiente a Microrred SEPIC Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 38 4.2.1 CONTROLADOR ACTIVADO ÚNICAMENTE CON INVERSOR G1 Este primer escenario se activa el controlador de compensación de secuencia negativa únicamente en el inversor G1. Este controlador está basado en un generador de corriente de referencia que utiliza la tensión de una red virtual, la cual incorpora una inductancia y una resistencia virtual ajustables para modificar el comportamiento dinámico del sistema de forma local. Los inversores G2 a G6 permanecen desactivados, lo que significa que no generan corriente durante esta prueba. De esta manera, se evalúa exclusivamente la respuesta del inversor G1 ante la presencia de desequilibrio en la tensión de red y obteniendo una eliminación de secuencia negativa favorable tal como se muestra en la Figura 28. Además de verificar la efectividad del controlador, en esta etapa se buscó identificar cuál es la relación adecuada entre la inductancia virtual Lv y la inductancia física de línea, para asegurar una respuesta estable y efectiva. En la Tabla 2 se muestran los resultados obtenidos al variar esta relación. Figura 28. Respuesta de controlador en eliminación de tensión de secuencia negativa en el inversor G1 Inversor Referencia L_v/L_i L_v (mH) Resultado G1 0.5 3.3 Inestable 1.0 6.6 Ok (Mejor resultado) 2 13.2 Ok Tabla 2. Evaluación de la estabilidad según la relación entre inductancia virtual y de línea en el inversor G1 Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 39 4.2.2 CONTROLADORES ACTIVADOS EN INVERSORES G1 Y G2 En este segundo escenario se activan los controladores de compensación de secuencia negativa en los inversores G1 y G2, mientras que los inversores restantes (G3 a G6) permanecen desactivados. Al igual que en el caso anterior, cada controlador genera su corriente de referencia a partir de la tensión de la red virtual local, sin necesidad de comunicación entre unidades. Esta configuración permite evaluar cómo dos convertidores con control activo comparten la tarea de eliminar la componente negativa y cómo afecta la selección de parámetros virtuales en cada uno. El comportamiento del sistema mostró mejoras significativas en comparación con el caso anterior. Las corrientes inyectadas por G1 y G2 resultaron más simétricas y, en conjunto, contribuyeron a una mayor reducción de la componente de secuencia negativa en el nodo común, tal como se observa en la figura 29. Sin embargo, se observó que la coordinación implícita entre los controladores depende fuertemente de la correcta selección de los parámetros virtuales de cada inversor. La Tabla 3 resume los resultados obtenidos al variar la relación entre la inductancia virtual y la inductancia física de línea para cada inversor. Figura 29. Respuesta de controlador en eliminación de tensión de secuencia negativa en los inversores G1 y G2 Inversor Referencia L_v/L_i L_v (mH) Resultado G1 0,5 4,6 Inestable 1 9,2 Ok (Mejor resultado) 2 18,4 Ok G2 0,5 2,3 Inestable 1 4,6 Ok (Mejor resultado) 2 9,2 Ok Tabla 3. Evaluación de la estabilidad según la relación entre inductancia virtual y de línea en los inversores G1 y G2 Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 40 4.2.3 CONTROLADORES ACTIVADOS EN INVERSORES G1, G2 Y G3 En este tercer escenario se activa el controlador de compensación de secuencia negativa en tres inversores: G1, G2 y G3 donde cada controlador utiliza su propio generador de corriente de referencia basado en la tensión de una red virtual local mientras los inversores G4 a G6 permanecen desactivados. El objetivo de este caso es observar cómo se comporta el sistema cuando la compensación se distribuye entre tres unidades activas, y evaluar el impacto de los parámetros virtuales sobre la estabilidad y efectividad de la estrategia. Durante las pruebas se identificó, una vez más, que la selección adecuada de la inductancia virtual Lv en cada inversor es fundamental para asegurar un reparto adecuado del esfuerzo de compensación sin generar inestabilidades y logrando una correcta eliminación de la secuencia negativa tal como se muestra en la Figura 30. La Tabla 4 resume los resultados obtenidos al variar la relación entre la inductancia virtual y la inductancia física de línea para cada inversor. Figura 30. Respuesta de controlador en eliminación de tensión de secuencia negativa en los inversores G1, G2 y G3 Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 47 Figura 36. Respuesta de controlador en cuarta evaluación (Estudio 4) de eliminación de tensión de secuencia negativa en los seis inversores de la microrred G1, G2, G3, G4, G5 y G6 Figura 37. Respuesta de controlador en quinta evaluación (Estudio 5) de eliminación de tensión de secuencia negativa en los seis inversores de la microrred G1, G2, G3, G4, G5 y G6 Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 48 Inversor Referencia L_v/L_i L_v (mH) Resultado G1 0,5 26,1 Inestable 1 52,2 Estudio 1 (Aceptable con oscilaciones) 1.05 54.6 Estudio 2 (Aceptable con oscilaciones) 1.02 53 Estudio 3 (Aceptable con oscilaciones) 0.96 50.2 Estudio 4 (Resultado con oscilaciones reducidas) 1.12 58.2 Estudio 5 (Aceptable con oscilaciones) 2 104,4 Inestable G2 0,5 13,05 Inestable 1 26,1 Ok (Mejor resultado) 2 52,2 Inestable G3 0,5 4,35 Inestable 1 8,7 Ok (Mejor resultado) 2 17,4 Inestable G4 0,5 2,18 Inestable 1 4,35 Ok (Mejor resultado) 2 8,7 Inestable G5 0,5 13,05 Inestable 1 26,1 Ok (Mejor resultado) 2 52,2 Inestable G6 0,5 3,3 Inestable 1 52,2 Estudio 1 (Aceptable con oscilaciones) 1.06 54.88 Estudio 2 (Aceptable con oscilaciones) 1.02 53 Estudio 3 (Aceptable con oscilaciones) 1.01 52.88 Estudio 4 (Resultado con oscilaciones reducidas) 1.17 60.88 Estudio 5 (Aceptable con oscilaciones) 2 13,2 Inestable Tabla 7. Estudios de estabilidad de eliminación de tensión de secuencia negativa según la relación entre inductancia virtual y de línea en los seis inversores de la microrred G1, G2, G3, G4, G5 y G6 Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 49 5. ANÁLISIS DE RESULTADOS 5.1 ESCENARIO 1: CONTROLADOR ACTIVADO ÚNICAMENTE CON INVERSOR G1 Cuando solo el inversor G1 tiene activado el controlador de compensación de secuencia negativa, se observa una reducción parcial de la componente negativa en la corriente que inyecta, en comparación con el caso sin ningún controlador activo. Sin embargo, como el resto de los inversores (G2 a G6) permanecen desactivados, el efecto global sobre la red es limitado, ya que la compensación se realiza solo desde un punto del sistema. Las formas de onda de corriente de G1 muestran una mejora clara en la simetría entre fases, y el análisis de secuencia indica una reducción importante de la componente negativa local. No obstante, en el nodo común de la microrred todavía se registra una corriente de secuencia negativa significativa, lo que confirma que la acción de un único inversor no es suficiente para anular completamente el desequilibrio cuando hay múltiples fuentes de distorsión o convertidores desatendidos. Respecto a la estabilidad, los resultados experimentales indican que el sistema es muy sensible al valor seleccionado para la inductancia virtual Lv. Como se muestra en la Tabla 4.1, cuando la relación Lv/Li es inferior a 1 (por ejemplo, 0.5), se presenta inestabilidad. Esto se manifiesta en oscilaciones en la corriente de salida y en la tensión virtual, indicando una respuesta demasiado rápida o agresiva del controlador. Por el contrario, al usar una relación Lv/Li = 1.0, se logra un buen compromiso entre velocidad de respuesta y estabilidad, siendo este el mejor resultado registrado en la tabla. Un valor más elevado (relación 2.0) también ofrece estabilidad, pero con una respuesta algo más lenta. En resumen, los principales hallazgos del escenario 1 son: • La estrategia de control basada en la red virtual funciona correctamente cuando se aplica de forma individual. • Un solo inversor no es suficiente para compensar todo el desequilibrio del sistema. • La selección de Lv es crítica. Una relación Lv/Li = 1.0 se presenta como una opción óptima. • Este escenario sirve como base para escalar la estrategia a más unidades, distribuyendo la tarea de compensación de manera cooperativa. Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 50 5.2 ESCENARIO 2: CONTROLADORES ACTIVADOS EN INVERSORES G1 Y G2 En este escenario se activan los controladores de compensación de secuencia negativa en los inversores G1 y G2, mientras que los demás inversores permanecen desactivados. Este caso permite observar cómo se comporta el sistema cuando la tarea de compensación comienza a distribuirse entre dos unidades. También se evalúa si la cooperación entre ambos controladores mejora la calidad de la corriente en el nodo común y cómo influye la correcta selección de los parámetros virtuales. Los resultados muestran una mejora notable respecto al escenario anterior. La componente negativa de corriente en el nodo común disminuye de forma más significativa y las formas de onda de corriente en G1 y G2 presentan mayor simetría entre fases. Esto indica que la inclusión de un segundo controlador mejora la eficacia global de la compensación. Sin embargo, esta mejora depende en gran medida de la correcta elección de la inductancia virtual en cada inversor. Al igual que en el escenario anterior, se observa que si la relación Lv/Li es demasiado baja, el sistema se vuelve inestable. Esto se manifestó mediante oscilaciones no deseadas en la corriente de salida, especialmente cuando ambos inversores utilizaban una relación de 0.5. Por el contrario, cuando se selecciona una relación Lv/Li igual a 1.0 en ambos controladores, el sistema opera de forma estable y eficiente. Los controladores no interfieren entre sí, y la compensación se distribuye de forma adecuada. Una relación mayor, como 2.0, también mantiene la estabilidad, aunque con una respuesta más lenta. Este escenario demuestra que es posible lograr una compensación más efectiva cuando más de un inversor participa activamente, siempre que los parámetros virtuales estén bien ajustados. También se confirma que no se requiere comunicación entre controladores, ya que cada uno responde únicamente a su medición local de tensión. En resumen, los resultados del escenario 2 indican que: • La participación de un segundo inversor mejora significativamente la eliminación de la componente de secuencia negativa. • La estabilidad del sistema sigue siendo sensible a los valores seleccionados de inductancia virtual. • La relación Lv/Li igual a 1.0 resulta nuevamente la más adecuada. • La estrategia es escalable, siempre que los controladores se ajusten de forma coherente. Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 51 5.3 ESCENARIO 3: CONTROLADORES ACTIVADOS EN INVERSORES G1, G2 Y G3 En este escenario se activan los controladores de compensación de secuencia negativa en los inversores G1, G2 y G3. El resto de los inversores (G4 a G6) permanecen desactivados. Esta configuración permite evaluar cómo se comporta el sistema cuando la compensación se distribuye entre tres unidades, lo cual se aproxima más a un entorno operativo típico en una microrred con múltiples fuentes. Los resultados muestran una mejora clara en la simetría de las corrientes de fase inyectadas por los inversores activos. Al mismo tiempo, la corriente total en el nodo común presenta una reducción significativa en la componente de secuencia negativa, lo que indica que la compensación conjunta es más efectiva que en los escenarios anteriores. Esto confirma que distribuir el esfuerzo entre varios inversores mejora el desempeño global sin necesidad de comunicación entre ellos. Al analizar la influencia de los parámetros virtuales, se observó que una vez más la relación entre la inductancia virtual y la inductancia de línea es determinante para mantener la estabilidad del sistema. En los tres inversores, el uso de una relación Lv/Li = 0.5 resultó en inestabilidad. En estos casos se detectaron oscilaciones y comportamientos no deseados en las variables de corriente y tensión virtual. Por otro lado, al establecer una relación Lv/Li = 1.0 en G1, G2 y G3, el sistema se estabiliza y se alcanza el mejor resultado en términos de desempeño dinámico y calidad de corriente. Este valor permite una respuesta suficientemente rápida sin comprometer la estabilidad. Cuando se utilizan relaciones mayores, como 2.0, el sistema se mantiene estable, aunque con una respuesta más lenta, especialmente durante transitorios. Este caso también permitió verificar que los tres inversores pueden operar con sus controladores activos sin interferencias, siempre que los parámetros estén bien ajustados. Cada uno compensa localmente la componente negativa de acuerdo con la tensión que percibe, sin necesidad de sincronización con el resto. En resumen, los resultados del escenario 3 muestran que: • El aumento del número de inversores activos mejora significativamente la compensación de secuencia negativa. • La estabilidad y eficiencia del sistema depende de que todos los controladores tengan una configuración coherente de inductancia virtual. • La relación Lv/Li = 1.0 continúa siendo el punto de mejor rendimiento. • El sistema es escalable y sigue funcionando correctamente con controladores distribuidos y autónomos. Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 52 5.4 ESCENARIO 4: CONTROLADORES ACTIVADOS EN INVERSORES G1 A G4 En este escenario se activan los controladores de compensación de secuencia negativa en los inversores G1, G2, G3 y G4, mientras que los inversores G5 y G6 permanecen desactivados. El objetivo de este caso fue evaluar el comportamiento del sistema cuando la mayoría de los convertidores de potencia participan en la compensación, y observar si el reparto de la tarea entre cuatro unidades permite alcanzar un buen desempeño sin comprometer la estabilidad. Los resultados obtenidos mostraron una mejora considerable en la calidad de la corriente inyectada al nodo común. Las formas de onda de corriente presentan simetría entre fases en los cuatro inversores activos, y la componente de secuencia negativa disminuye notablemente en comparación con los escenarios anteriores. Esto indica que la acción conjunta de los controladores es efectiva para contrarrestar el desequilibrio de tensión impuesto por la red. En términos de estabilidad, el sistema se mostró muy sensible a la elección de la inductancia virtual. En los cuatro inversores, solo la relación Lv/Li igual a 1.0 permitió un comportamiento estable. Cuando se utilizaron valores por debajo (relación 0.5) o por encima (relación 2.0), el sistema presentó inestabilidades evidentes, tales como oscilaciones en la corriente y desviaciones en las tensiones virtuales. Estos resultados refuerzan la importancia de mantener una coherencia en la configuración de los parámetros virtuales cuando se activa el control en múltiples convertidores. Aunque los controladores operan de manera autónoma, sus efectos se combinan en el nodo común, por lo que un desequilibrio en la configuración puede afectar el comportamiento global del sistema. En resumen, los principales hallazgos del escenario 4 son los siguientes: • Cuatro inversores activos permiten una compensación efectiva de la componente negativa de la red. • La selección de la inductancia virtual sigue siendo un factor crítico para asegurar la estabilidad. • Se confirma que la relación Lv/Li igual a 1.0 es la más adecuada para todos los inversores. • El sistema puede mantenerse estable y eficiente si se garantiza una configuración coherente entre todos los controladores activos. Este análisis valida la escalabilidad del enfoque propuesto y sienta las bases para activar la compensación en los cinco convertidores en el escenario siguiente. Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 53 5.5 ESCENARIO 5: CONTROLADORES ACTIVADOS EN INVERSORES G1 A G5 En este escenario se activan los controladores de compensación de secuencia negativa en los inversores G1, G2, G3, G4 y G5. Solo el inversor G6 permanece desactivado. La finalidad de este caso es evaluar la efectividad del esquema de control cuando prácticamente toda la microrred contribuye activamente a la eliminación de la componente de secuencia negativa, y examinar cómo se comporta el sistema con cinco unidades trabajando de forma autónoma pero simultánea. Los resultados obtenidos muestran que el sistema logra un alto grado de simetría en las corrientes de fase inyectadas por los inversores activos. Además, la componente de secuencia negativa medida en el nodo común se reduce de forma significativa, alcanzando valores mínimos en comparación con los escenarios anteriores. Esto confirma que, al aumentar el número de controladores activos, el esfuerzo de compensación se distribuye de forma más eficiente, reduciendo la carga individual de cada inversor. Sin embargo, al igual que en escenarios anteriores, el sistema demostró ser muy sensible a la selección de la inductancia virtual. Se observó que únicamente la relación Lv/Li igual a 1.0 garantizó la estabilidad del sistema en todos los inversores. Cuando se utilizaron relaciones más bajas o altas, se presentaron comportamientos inestables como oscilaciones o desajustes entre la corriente generada y la referencia calculada. Este comportamiento confirma que, aunque los controladores operan de manera descentralizada y sin comunicación, es esencial que los parámetros de la red virtual estén bien ajustados y sean coherentes entre todos los convertidores. Una mala configuración en uno solo de ellos puede alterar la estabilidad general del sistema. En resumen, los principales hallazgos del escenario 5 son los siguientes: • Cinco inversores activos permiten una compensación casi completa de la componente de secuencia negativa en el sistema. • El sistema es altamente eficiente, pero exige precisión en la configuración de los parámetros virtuales. • La relación Lv/Li igual a 1.0 sigue siendo el único valor que garantiza estabilidad en todos los casos. • La coherencia en los parámetros entre controladores es clave para mantener un comportamiento equilibrado y estable. Este escenario demuestra que la estrategia propuesta se adapta bien a configuraciones con un gran número de convertidores y anticipa un funcionamiento óptimo cuando se active el control en los seis inversores. Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 54 5.6 ESCENARIO 6: CONTROLADORES ACTIVADOS EN LOS SEIS INVERSORES (G1 A G6) En este escenario se activa la estrategia de control de eliminación de tensión de secuencia negativa en los seis inversores que conforman la microrred. Esta configuración representa la máxima expresión del esquema propuesto, ya que todos los convertidores de potencia contribuyen de forma simultánea a la compensación del desequilibrio de red mediante el generador de corriente de referencia basado en tensión virtual. Los resultados generales indican que el sistema logra una compensación efectiva, con una notable reducción de la componente de secuencia negativa en el punto común de acoplamiento. Sin embargo, también se observa que la estabilidad global del sistema depende fuertemente de la correcta elección de la inductancia virtual en cada inversor. Tal como se detalla en la Tabla 7, en los inversores G2, G3, G4 y G5 la mejor respuesta se obtuvo con una relación Lv/Li = 1.0, mostrando un comportamiento estable y una supresión eficiente de la secuencia negativa. En contraste, los inversores G1 y G6 presentaron mayor sensibilidad, por lo que se realizaron estudios adicionales con valores ligeramente ajustados de Lv, que permitieron observar una mejora progresiva en la estabilidad. En particular, el Estudio 4, correspondiente a una relación Lv/Li = 0.96 en G1 y Lv/Li = 1.01 en G6, arrojó el resultado más favorable, combinando estabilidad mejorada con una compensación efectiva. Este hallazgo indica que, en ciertos nodos, un ajuste fino de los parámetros virtuales puede optimizar el comportamiento dinámico del sistema completo. Por tanto, el análisis de este escenario confirma que: • La activación simultánea del control en todos los inversores permite una supresión prácticamente total de la tensión de secuencia negativa. • El sistema mantiene su estructura distribuida sin necesidad de comunicación entre nodos, pero requiere una configuración coherente y, en algunos casos, individualizada de los parámetros virtuales. • Es posible mejorar la estabilidad del sistema con ligeros ajustes en inversores clave, lo que sugiere que estrategias de sintonización fina podrían complementar el diseño general. Este escenario demuestra que la estrategia propuesta es totalmente escalable y adaptable a sistemas más complejos, siempre que se garantice una adecuada configuración de cada unidad. Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 55 6. ANÁLISIS DE IMPACTO AMBIENTAL, SOCIOECONÓMICO Y ÉTICO 6.1 ANÁLISIS DE IMPACTO AMBIENTAL El sistema de control desarrollado tiene un efecto directo y relevante sobre el entorno, ya que mejora el funcionamiento de microrredes eléctricas al reducir el desequilibrio en la tensión de red. Esta mejora se traduce en una reducción de pérdidas eléctricas y en una mayor eficiencia en la operación de los equipos conectados, lo que contribuye al uso más racional de los recursos energéticos. Además, al facilitar una operación más estable en redes que integran generación renovable, como la solar o la eólica, se favorece la integración de fuentes limpias. Esto apoya la transición energética y la disminución del impacto ambiental asociado al uso de combustibles fósiles. Si bien el sistema no interviene directamente sobre fuentes de generación, su capacidad para mejorar la estabilidad y calidad del suministro tiene un efecto positivo sobre el uso eficiente de la energía. 6.2 ANÁLISIS DE IMPACTO SOCIOECONÓMICO Desde el punto de vista social y económico, una solución como la presentada puede ser de utilidad en comunidades que operan con redes aisladas o con infraestructura limitada. La posibilidad de mejorar la calidad de la energía con controladores distribuidos y sin necesidad de comunicación entre nodos representa una alternativa accesible, especialmente en zonas rurales o regiones donde la expansión de redes eléctricas convencionales es costosa o inviable. La mejora en la estabilidad del sistema eléctrico tiene un impacto directo en la calidad de vida de los usuarios, ya que reduce interrupciones, fluctuaciones y fallas en los equipos eléctricos. Esto también puede traducirse en una disminución de costos operativos, tanto para usuarios residenciales como para pequeñas industrias, lo que puede tener un efecto positivo en la economía local. Por otro lado, la implementación de este tipo de soluciones podría fomentar la formación de profesionales y técnicos especializados en control, electrónica de potencia y gestión de redes modernas, impulsando el desarrollo de capacidades locales. Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 56 6.3 ANÁLISIS ÉTICO Desde el punto de vista ético, el proyecto responde a principios fundamentales del ejercicio de la ingeniería, como el compromiso con el bienestar social, la sostenibilidad y el uso responsable del conocimiento. Desarrollar tecnologías que hagan más eficientes los sistemas eléctricos sin depender de grandes inversiones, y que puedan ser replicadas en distintas escalas, representa una forma de contribuir a una distribución más justa de los recursos tecnológicos. El enfoque descentralizado y autónomo de los controladores también permite que las comunidades o usuarios tengan mayor control sobre sus sistemas eléctricos, lo que promueve la autonomía energética y el respeto por las necesidades locales. En este sentido, la solución planteada no busca imponer un modelo centralizado, sino adaptarse a diferentes contextos con criterios técnicos y humanos. En conjunto, el trabajo realizado no solo busca resolver un problema técnico, sino también proponer una herramienta que pueda ser parte de sistemas eléctricos más eficientes, accesibles y sostenibles. Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 63 if isempty(qvprim_beta_before) qvprim_beta_before = 0; end %Replacing values vprim_beta=vprim_beta_before; vprim_alpha=vprim_alpha_before; qvprim_alpha=qvprim_alpha_before; qvprim_beta=qvprim_beta_before; %% Designing SOGI %SOGI for alpha vprim_alpha=vprim_alpha_before+ts*wo*(k*(valpha-vprim_alpha)- qvprim_alpha); qvprim_alpha=qvprim_alpha_before+ts*(wo*vprim_alpha); %SOGI for betha vprim_beta=vprim_beta_before+ts*wo*(k*(vbeta-vprim_beta)-qvprim_beta); qvprim_beta=qvprim_beta_before+ts*(wo*vprim_beta); %Refreshing memories completing the integrate equations vprim_beta_before=vprim_beta; vprim_alpha_before=vprim_alpha; qvprim_alpha_before=qvprim_alpha; qvprim_beta_before=qvprim_beta; %% Designing the PNSC v_alpha_pos=0.5*(vprim_alpha-qvprim_beta); v_beta_pos=0.5*(qvprim_alpha+vprim_beta); v_beta_neg=0.5*(vprim_beta-qvprim_alpha); v_alpha_neg=0.5*(qvprim_beta+vprim_alpha); % Amplitudes and phase Vp = sqrt(v_alpha_pos^2 + v_beta_pos^2); %positive sequence voltage Vn = sqrt(v_alpha_neg^2 + v_beta_neg^2); %negative sequence voltage sin_phi=(v_alpha_pos*v_beta_neg + v_alpha_neg*v_beta_pos)/(Vp*Vn); cos_phi=(v_alpha_pos*v_alpha_neg - v_beta_pos*v_beta_neg)/(Vp*Vn); % Building the phase (phi) phi=atan2(sin_phi,cos_phi); %Designing alghoritmic for adding 2*pi value in phi value if phi<0 phi=phi+2*pi; end %% Designing conditionals if the Voltage is negative must be zero % Va Vb Vc measurements Vaa = (Vp^2+Vn^2+2*Vp*Vn*cos(phi)); if (Vaa<0) Vaa=0; end Va=sqrt(Vaa); Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 64 Vbb = (Vp^2+Vn^2+2*Vp*Vn*cos(phi+2*pi/3)); if (Vbb < 0) Vbb = 0; end Vb=sqrt(Vbb); Vcc = (Vp^2+Vn^2+2*Vp*Vn*cos(phi-2*pi/3)); if (Vcc<0) Vcc = 0; end Vc=sqrt(Vcc); %% VIRTUAL GRID VOLTAGE %ialpha derivate persistent ialphav_before if isempty(ialphav_before) ialphav_before = ialpha; end der_ialphav_dt = (ialpha - ialphav_before )/ts; ialphav_before = ialpha; %ibeta derivate persistent ibetav_before if isempty(ibetav_before) ibetav_before = ibeta; end der_ibetav_dt = (ibeta - ibetav_before )/ts; ibetav_before = ibeta; %Obtaining the virtual voltages valpha_v = valpha - Rv * ialpha - Lv*(der_ialphav_dt); vbeta_v = vbeta - Rv * ibeta - Lv*(der_ibetav_dt); %% SOGI FOR VIRTUAL GRID VOLTAGE DEVELOPED persistent vprim_betav_before vprim_alphav_before if isempty(vprim_betav_before) vprim_betav_before = 0; end if isempty(vprim_alphav_before) vprim_alphav_before = 0; end persistent qvprim_alphav_before qvprim_betav_before if isempty(qvprim_alphav_before) qvprim_alphav_before = 0; end if isempty(qvprim_betav_before) qvprim_betav_before = 0; Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 65 end %Replacing values vprim_beta_v=vprim_betav_before; vprim_alpha_v=vprim_alphav_before; qvprim_alpha_v=qvprim_alphav_before; qvprim_beta_v=qvprim_betav_before; %SOGI for alpha virtual vprim_alpha_v=vprim_alphav_before+ts*wo*(k*(valpha_v-vprim_alpha_v)- qvprim_alpha_v); qvprim_alpha_v=qvprim_alphav_before+ts*(wo*vprim_alpha_v); %SOGI for beta virtual vprim_beta_v=vprim_betav_before+ts*wo*(k*(vbeta_v-vprim_beta_v)- qvprim_beta_v); qvprim_beta_v=qvprim_betav_before+ts*(wo*vprim_beta_v); %Refreshing memories completing the integrate equations vprim_betav_before=vprim_beta_v; vprim_alphav_before=vprim_alpha_v; qvprim_alphav_before=qvprim_alpha_v; qvprim_betav_before=qvprim_beta_v; %% Designing the PNSC for VIRTUAL GRID v_alpha_pos_v=0.5*(vprim_alpha_v-qvprim_beta_v); v_beta_pos_v=0.5*(qvprim_alpha_v+vprim_beta_v); v_beta_neg_v=0.5*(vprim_beta_v-qvprim_alpha_v); v_alpha_neg_v=0.5*(qvprim_beta_v+vprim_alpha_v); % Amplitudes and phase Vp_v = sqrt(v_alpha_pos_v^2 + v_beta_pos_v^2); %positive sequence voltage Vn_v = sqrt(v_alpha_neg_v^2 + v_beta_neg_v^2); %negative sequence voltage sin_phi_v=(v_alpha_pos_v*v_beta_neg_v + v_alpha_neg_v*v_beta_pos_v)/(Vp_v*Vn_v); cos_phi_v=(v_alpha_pos_v*v_alpha_neg_v - v_beta_pos_v*v_beta_neg_v)/(Vp_v*Vn_v); % Building the phase (phi) phi_v=atan2(sin_phi_v,cos_phi_v); %Designing alghoritmic for adding 2*pi value in phi value if phi_v<0 phi_v=phi_v+2*pi; end %% Designing virtual conditions if the virtual voltage is negative must be zero % Va Vb Vc measurements Vaa_v = (Vp_v^2+Vn_v^2+2*Vp_v*Vn_v*cos(phi_v)); if (Vaa_v<0) Vaa_v=0; Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 66 end Va_v=sqrt(Vaa_v); Vbb_v = (Vp_v^2+Vn_v^2+2*Vp_v*Vn_v*cos(phi_v+2*pi/3)); if (Vbb_v < 0) Vbb_v = 0; end Vb_v=sqrt(Vbb_v); Vcc_v = (Vp_v^2+Vn_v^2+2*Vp_v*Vn_v*cos(phi_v-2*pi/3)); if (Vcc_v<0) Vcc_v = 0; end Vc_v=sqrt(Vcc_v); %% Power control loop (Reference Generator from the virtual grid) % Injecting active and reactive current through positive sequence IP_pos_ref = 2/3*P_ref/(Vp_v+0.0001); % Active positive current IQ_pos_ref = 0; % Reactive positive current IP_neg_ref = 0; % Active negative current IQ_neg_ref = (Vn_v - Vn_ref) / (wo*Lv); % Reactive negative current % Activar I_Q_neg_ref solo si el tiempo es mayor a 0.25 s if time < 0.2 IQ_neg_ref = 0; end if time >= 0.2 IQ_neg_ref = (Vn_v - Vn_ref) / (wo * Lv); end I_pos_ref = sqrt(IP_pos_ref^2 + IQ_pos_ref^2); if I_pos_ref > I_rated IP_pos_ref = (IP_pos_ref * I_rated)/I_pos_ref; IQ_neg_ref = (IQ_neg_ref * I_rated)/I_pos_ref; I_pos_ref = sqrt(IP_pos_ref^2 + IQ_pos_ref^2); end %% Using values from Virtual GRID %Building Current Loop from active and reactive positive currents injected ialpha_ref = ((v_alpha_pos_v*IP_pos_ref + v_beta_pos_v*IQ_pos_ref)/(Vp_v+0.0001))+((v_alpha_neg_v*IP_neg_ref + v_beta_neg_v*IQ_neg_ref)/(Vn_v+0.0001)); ibeta_ref = ((v_beta_pos_v*IP_pos_ref - v_alpha_pos_v*IQ_pos_ref)/(Vp_v+0.0001))+((v_beta_neg_v*IP_neg_ref - v_alpha_neg_v*IQ_neg_ref)/(Vn_v+0.0001)); %% current control loop persistent yialpha_1 zialpha_1 yibeta_1 zibeta_1 if isempty(yialpha_1) yialpha_1=0; end Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 67 if isempty(zialpha_1) zialpha_1=0; end if isempty(yibeta_1) yibeta_1 = 0; end if isempty(zibeta_1) zibeta_1=0; end yialpha = yialpha_1 + ts*wo*(2*damp_factor*(ki*(ialpha_ref-ialpha)- yialpha_1)-(wo*zialpha_1)); zialpha = zialpha_1 + ts*yialpha; yialpha_1 = yialpha; zialpha_1 = zialpha; yibeta = yibeta_1 + ts*wo*(2*damp_factor*(ki*(ibeta_ref-ibeta)- yibeta_1)-(wo*zibeta_1)); zibeta = zibeta_1 + ts*yibeta; yibeta_1 = yibeta; zibeta_1 = zibeta; dalpha=(kp*(ialpha_ref-ialpha) + yialpha + valpha)*2/Vdc; dbeta =(kp*(ibeta_ref-ibeta) + yibeta + ibeta)*2/Vdc; %% Active and reactives powers p = (3/2) * (valpha * ialpha + vbeta * ibeta); q = (3/2) * (vbeta * ialpha - valpha * ibeta); %% Lowpass Filter for P y Q persistent P_1 Q_1 if isempty(P_1) P_1 = 0; Q_1 = 0; end % LPF parameters alpha = ts * (wo/2); P = P_1 + alpha * (p - P_1); Q = Q_1 + alpha * (q - Q_1); P_1 = P; Q_1 = Q; %% Obtaining Ia Ib Ic Ia = sqrt(IP_pos_ref^2 + IQ_neg_ref^2 + 2*IP_pos_ref*IQ_neg_ref*cos(phi-pi/2)); Ib = sqrt(IP_pos_ref^2 + IQ_neg_ref^2 + 2*IP_pos_ref*IQ_neg_ref*cos(phi+2*pi/3-pi/2)); Ic = sqrt(IP_pos_ref^2 + IQ_neg_ref^2 + 2*IP_pos_ref*IQ_neg_ref*cos(phi-2*pi/3-pi/2)); Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 68 Imax = max([Ia,Ib,Ic]); %% Active and reactives powers % filter for the current persistent Imax_1 if isempty(Imax_1) Imax_1 = 0; end Imax = Imax_1 + alpha*(Imax-Imax_1); Imax_1 = Imax; if Imax > I_rated IP_pos_ref = (IP_pos_ref * I_rated )/Imax; Ia = Ia*I_rated/Imax; Ib = Ib*I_rated/Imax; Ic = Ic*I_rated/Imax; Imax = max([Ia,Ib,Ic]); end end Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 69 10.2 ANEXO 2 (CÓDIGO PARA OBTENCIÓN DE GRÁFICOS) clc; clear; close all; %% In this section we are declaring the ts = 1e-6; % Sample Time wo = 2 * pi * 60; Rt = 0.5; % Transformer Resistance Lt = 1e-3; % Transformer Inductance Ri = 0.01; % Line Resistance Li = 1.6e-3; % Line Inductance Rg = 0.01; % Grid Resistance Lg = 2e-3; % Grid Inductance RL = 24; % Load Resistance V_neg_ref=0; % Negative voltage reference sim("Exercise_TFM_LBD.slx"); %% Voltages and Currents plotted figure (1) subplot (3,2,1) plot(t, Va/155, 'b', 'DisplayName', 'Va (t)','LineWidth', 1.2); set(gca, "linewidth", 2, "fontsize", 8); hold on; plot(t, Vb/155, 'r', 'DisplayName', 'Vb (t)','LineWidth', 1.2); hold on; plot(t, Vc/155, 'm', 'DisplayName', 'Vc (t)','LineWidth', 1.2); ylabel('Va Vb Vc (V) (P.u)'); xlabel('Time (s)'); legend('Va','Vb','Vc') grid on; subplot (3,2,2) plot (t, P, 'b','DisplayName', 'Pc (KW)','LineWidth', 1.5); set(gca, "linewidth", 2, "fontsize", 8); hold on; plot (t, Q, 'r','DisplayName', 'Qc (KW)','LineWidth', 1.5); ylabel('Pc - Qc [Kw]') xlabel('Time (s)'); legend('P','Q') grid on; subplot (3,2,3) plot(t,IP_pos_ref, 'b', 'DisplayName', 'Ipp (A)','LineWidth', 1.5); hold on; plot(t,IQ_neg_ref, 'r', 'DisplayName', 'Iqn (A)','LineWidth', 1.5); ylabel('Ipp - Iqn [A]') xlabel('Time (s)'); legend('Ipp', 'Iqn'); grid on; subplot (3,2,4) plot(t, Vp_grid, 'b', 'DisplayName', 'Vps (V)', 'LineWidth', 1.5); set(gca, "linewidth", 2, "fontsize", 10); hold on; plot(t,Vp, 'r', 'DisplayName', 'Vpc (V)','LineWidth', 1.5); plot(t,Vp_v, 'r', 'DisplayName', 'Vpc (V)','LineWidth', 1.5); Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 70 ylabel('Vps - Vpc [A]') xlabel('Time (s)'); legend('Vpg', 'Vp', 'Vp_v') grid on; subplot (3,2,5) plot(t, Ia_i, 'b', 'DisplayName', 'I_a','LineWidth', 1.5); set(gca, "linewidth", 2, "fontsize", 8); hold on; plot(t, Ib_i, 'r', 'DisplayName', 'I_b','LineWidth', 1.5); plot(t, Ic_i,'m', 'DisplayName', 'I_c','LineWidth', 1.5); hold on; plot (t, Imax, 'k','LineWidth', 1.5) ylabel('Iabc_i - Imax (A)'); xlabel('Time (s)'); legend('Ia', 'Ib', 'Ic','Imax') grid on; subplot (3,2,6) plot(t, Vn_grid, 'b', 'DisplayName', 'Vn_s (V)','LineWidth', 1.5); set(gca, "linewidth", 2, "fontsize", 8); hold on; plot(t,Vn, 'r', 'DisplayName', 'Vn (V)','LineWidth', 1.5); plot(t,Vn_v, 'm', 'DisplayName', 'Vn (V)','LineWidth', 1.5); ylabel('Vns - Vnc [V]') xlabel('Time (s)'); legend('Vng', 'Vn', 'Vn_v') grid on; % %% INVERTER 2 figure (2) subplot (3,2,1) plot(t, Va_2/155, 'b', 'DisplayName', 'Va (t)','LineWidth', 1.2); set(gca, "linewidth", 2, "fontsize", 8); hold on; plot(t, Vb_2/155, 'r', 'DisplayName', 'Vb (t)','LineWidth', 1.2); hold on; plot(t, Vc_2/155, 'm', 'DisplayName', 'Vc (t)','LineWidth', 1.2); ylabel('Va Vb Vc (V) (P.u)'); xlabel('Time (s)'); legend('Va','Vb','Vc') grid on; subplot (3,2,2) plot (t, P_2, 'b','DisplayName', 'Pc (KW)','LineWidth', 1.5); set(gca, "linewidth", 2, "fontsize", 8); hold on; plot (t, Q_2, 'r','DisplayName', 'Qc (KW)','LineWidth', 1.5); ylabel('Pc - Qc [Kw]') xlabel('Time (s)'); legend('P','Q') grid on; subplot (3,2,3) plot(t,IP_pos_ref_2, 'b', 'DisplayName', 'Ipp (A)','LineWidth', 1.5); hold on; Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 71 plot(t,IQ_neg_ref_2, 'r', 'DisplayName', 'Iqn (A)','LineWidth', 1.5); ylabel('Ipp - Iqn [A]') xlabel('Time (s)'); legend('Ipp', 'Iqn'); grid on; subplot (3,2,4) plot(t, Vp_grid, 'b', 'DisplayName', 'Vps (V)', 'LineWidth', 1.5); set(gca, "linewidth", 2, "fontsize", 10); hold on; plot(t,Vp_2, 'r', 'DisplayName', 'Vpc (V)','LineWidth', 1.5); plot(t,Vp_v2, 'r', 'DisplayName', 'Vpc (V)','LineWidth', 1.5); ylabel('Vps - Vpc [A]') xlabel('Time (s)'); legend('Vpg', 'Vp', 'Vp_v') grid on; subplot (3,2,5) plot(t, Ia_i2, 'b', 'DisplayName', 'I_a','LineWidth', 1.5); set(gca, "linewidth", 2, "fontsize", 8); hold on; plot(t, Ib_i2, 'r', 'DisplayName', 'I_b','LineWidth', 1.5); plot(t, Ic_i2,'m', 'DisplayName', 'I_c','LineWidth', 1.5); hold on; plot (t, Imax_2, 'k','LineWidth', 1.5) ylabel('Iabc_i - Imax (A)'); xlabel('Time (s)'); legend('Ia', 'Ib', 'Ic','Imax') grid on; subplot (3,2,6) plot(t, Vn_grid, 'b', 'DisplayName', 'Vn_s (V)','LineWidth', 1.5); set(gca, "linewidth", 2, "fontsize", 8); hold on; plot(t,Vn_2, 'r', 'DisplayName', 'Vn (V)','LineWidth', 1.5); plot(t,Vn_v2, 'm', 'DisplayName', 'Vn (V)','LineWidth', 1.5); ylabel('Vns - Vnc [V]') xlabel('Time (s)'); legend('Vng', 'Vn', 'Vn_v') grid on; %% INVERTER 3 figure (3) subplot (3,2,1) plot(t, Va_3/155, 'b', 'DisplayName', 'Va (t)','LineWidth', 1.2); set(gca, "linewidth", 2, "fontsize", 8); hold on; plot(t, Vb_3/155, 'r', 'DisplayName', 'Vb (t)','LineWidth', 1.2); hold on; plot(t, Vc_3/155, 'm', 'DisplayName', 'Vc (t)','LineWidth', 1.2); ylabel('Va Vb Vc (V) (P.u)'); xlabel('Time (s)'); legend('Va','Vb','Vc') grid on; subplot (3,2,2) plot (t, P_3, 'b','DisplayName', 'Pc (KW)','LineWidth', 1.5); Control para eliminación completa de tensión de secuencia negativa en una microrred eléctrica basada en varios convertidores de potencia LUIS BREÑA DIAZ 72 set(gca, "linewidth", 2, "fontsize", 8); hold on; plot (t, Q_3, 'r','DisplayName', 'Qc (KW)','LineWidth', 1.5); ylabel('Pc - Qc [Kw]') xlabel('Time (s)'); legend('P','Q') grid on; subplot (3,2,3) plot(t,IP_pos_ref_3, 'b', 'DisplayName', 'Ipp (A)','LineWidth', 1.5); hold on; plot(t,IQ_neg_ref_3, 'r', 'DisplayName', 'Iqn (A)','LineWidth', 1.5); ylabel('Ipp - Iqn [A]') xlabel('Time (s)'); legend('Ipp', 'Iqn'); grid on; subplot (3,2,4) plot(t, Vp_grid, 'b', 'DisplayName', 'Vps (V)', 'LineWidth', 1.5); set(gca, "linewidth", 2, "fontsize", 10); hold on; plot(t,Vp_3, 'r', 'DisplayName', 'Vpc (V)','LineWidth', 1.5); plot(t,Vp_v3, 'r', 'DisplayName', 'Vpc (V)','LineWidth', 1.5); ylabel('Vps - Vpc [A]') xlabel('Time (s)'); legend('Vpg', 'Vp', 'Vp_v') grid on; subplot (3,2,5) plot(t, Ia_i3, 'b', 'DisplayName', 'I_a','LineWidth', 1.5); set(gca, "linewidth", 2, "fontsize", 8); hold on; plot(t, Ib_i3, 'r', 'DisplayName', 'I_b','LineWidth', 1.5); plot(t, Ic_i3,'m', 'DisplayName', 'I_c','LineWidth', 1.5); hold on; plot (t, Imax_3, 'k','LineWidth', 1.5) ylabel('Iabc_i - Imax (A)'); xlabel('Time (s)'); legend('Ia', 'Ib', 'Ic','Imax') grid on; subplot (3,2,6) plot(t, Vn_grid, 'b', 'DisplayName', 'Vn_s (V)','LineWidth', 1.5); set(gca, "linewidth", 2, "fontsize", 8); hold on; plot(t,Vn_3, 'r', 'DisplayName', 'Vn (V)','LineWidth', 1.5); plot(t,Vn_v3, 'm', 'DisplayName', 'Vn (V)','LineWidth', 1.5); ylabel('Vns - Vnc [V]') xlabel('Time (s)'); legend('Vng', 'Vn', 'Vn_v') grid on; %% INVERTER 4 figure (4) subplot (3,2,1) plot(t, Va_4/155, 'b', 'DisplayName', 'Va (t)','LineWidth', 1.2); set(gca, "linewidth", 2, "fontsize", 8);