Edición No. 20, Issue II, Enero 2024
1. INTRODUCCIÓN
El cambio climático, el crecimiento poblacional y el
avance tecnológico han permitido la introducción de
energías renovables (RES) en los sistemas eléctricos
convencionales. Esto ha contribuido al crecimiento de la
cobertura del servicio eléctrico en varios puntos remotos
y en los diferentes centros de carga en los cuales no es
viable ampliar la estructura de las subestaciones. Sin
embargo, la introducción de estas energías también
plantea desafíos en la operación, planificación y el
control de la red eléctrica [1], [2].
Uno de los principales desafíos que se presentan en
la utilización de energías renovables es la variabilidad
del clima, lo que introduce cierta incertidumbre al
sistema debido a que los pronósticos meteorológicos no
son completamente precisos y pueden cambiar
rápidamente en un determinado momento [3].
La introducción de las energías renovables ha dado
lugar a la creación de Micro-redes (MR), que son
sistemas más pequeños que incluyen recursos
energéticos distribuidos (DER), cargas y sistemas de
almacenamiento. Estas Miro-redes pueden operar
conectadas o aisladas de la red principal de forma
independiente [4].
Para mitigar los efectos negativos de la integración
de las energías renovables en los sistemas
convencionales, se pueden utilizar estrategias de control
en los diferentes dispositivos para acoplarlos de manera
más eficiente a la red [5].
La arquitectura de control de una MR puede
dividirse en centralizado y distribuido, de acuerdo con
la presencia o no de una red de comunicación.
En el modo de operación aislado, la MR debe
proporcionar energía al consumidor final con los
mismos parámetros de calidad que la red [6]–[8].
También puede operar de manera conjunta con la red
principal, intercambiando energía de forma
unidireccional o bidireccional mediante un convertidor
AC/DC [6]–[10]. Este convertidor bidireccional de
enlace, “bidirectional AC/DC interlinking converter” es
un dispositivo que se puede utilizar en el control
jerárquico de las Micro-redes [9].
La fuente de voltaje máximo se adopta como el
método de control de caída para gestionar las
operaciones en paralelo de las Generaciones distribuidas
(GD) despachadas para lograr un intercambio de energía
sin comunicación.
Refiriéndose a la generación distribuida se debe
tomar en cuenta que estas redes pueden generar
incertidumbre e inyectar armónicos, las cuales afectan al
balance y la eficiencia de la red eléctrica, debido a que
se generarán pérdidas lo que reduciría la calidad de
energía.
En la Fig. 1, se observan diferentes tipos de cargas
(comerciales, residenciales, industriales) las cuales al
principio solían operar únicamente con una generación
centralizada, en este caso las hidroeléctricas.
Posteriormente se añadieron generaciones
distribuidas convencionales y no convencionales como
paneles fotovoltaicos, generadores de diésel. Estos
generadores mejoran el abastecimiento de energía
eléctrica en los centros urbanos, donde normalmente se
presenta el mayor consumo de energía. El éxito de las
MR radica en un sistema de control capaz de alcanzar
los voltajes y potencias requeridas.
Las MR al estar cerca de los centros de carga
reducen costos por transmisión y reducen totalmente las
pérdidas por transporte de energía [11]. En las MR
debido a la diversidad que tienen en generaciones,
cargas y sistemas de almacenamiento se puede tener
corriente AC Y DC. Entre los elementos que incluyen
las MR se encuentran las celdas fotovoltaicas, celdas de
combustible y sistemas de almacenamiento que proveen
potencia DC. Por otro lado, las microturbinas y algunos
tipos de generación eólica producen potencia AC, de 50
Hz o 60 Hz, lo cual depende netamente de la región en
la que se está operando [3], [12]–[14].
Haciendo una comparación entre las MR con las
tecnologías convencionales, como, por ejemplo, las
redes de energía centralizadas. La MR provee mayor
confiabilidad, eficiencia y permite contrarrestar
problemas medioambientales [1], [16] Además, que el
cliente tiene la posibilidad de interactuar activamente en
algunas etapas del Sistema Eléctrico de Potencia (SEP).
La desventaja de una MR es el grado de complejidad del
diseño y control, ya que para mejorar la confiabilidad de
la MR se deben implementar diferentes técnicas de
control.
No obstante, el control de MR exige una red de
comunicación con un ancho de banda muy alto para la
correcta transferencia de datos [17].
Cuando se produce una falla, el punto de conexión
común (PCC, por sus siglas en inglés) permite la
interrupción del flujo de energía, entre la MR y la red
convencional [9]. El sistema debe ser capaz de retornar
a su operación normal en el menor tiempo posible. En
este punto es donde las estrategias de control juegan un
papel crucial para el funcionamiento exitoso de las MR.
La estrategia de control debe considerar las
características de la MR y los objetivos planteados para
ella. En este sentido, debe tomar en cuenta sus
características inherentes, donde se debe analizar la
mejor estrategia de control que se ajusta a las
necesidades de control del sistema. Control de voltaje,
frecuencia, potencia, fallas, sincronización de
frecuencia, control de la forma de onda del transitorio
de voltaje y corriente, entre otros [9].