Consideraciones técnicas para la sintonización de los controladores de un D-STATCOM real a partir de un modelo simulado

Technical considerations for tuning the controllers of a real D-STATCOM by means of a simulated model

Voltage Source Converter (VSC) conectado a la red a través de inductancias. Los valores iniciales se determinan con la teoría de intercambio de energía entre dos fuentes. Este método fue implementado en hardware real basado en un modelo teórico que fue controlado en simulación; sin embargo, el ajuste de los controladores no fue óptimo en el D-STATCOM real. Debido a variables no conocidas como las pérdidas. La mayoría de artículos encontrados en la literatura describen modelos y estrategias de control del D-STATCOM donde asumen el problema de la carga del bus DC resuelto y no explican cómo realizarlo.

Introducción

Un D-STATCOM es un dispositivo de electrónica de potencia perteneciente a los Flexible AC Transmission System (FACTS) [1]–[3]. El D-STATCOM tiene la capacidad de  comportarse  como  inductor  o capacitor con variación continua de amplitud de corriente; por lo tanto, este dispositivo es utilizado para compensar el factor de potencia en sistemas que tienen presencia de energía reactiva. Este dispositivo es importante porque soluciona directamente el problema asociado con la energía reactiva que está siendo penalizado en Colombia (consumo de energía reactiva artículo 25 de la CREG 108 de 1997). La topología del D-STATCOM estudiado utiliza un VSC [4]–[6]. El D-STATCOM consume energía activa y reactiva de la red; la energía reactiva es utilizada para compensar el factor de potencia asociado a elementos con componente inductiva o capacitiva conectados a la red;  la  energía  activa es utilizada para cargar los capacitores, suministrar energía asociada a pérdidas por resistencias parásitas, por conmutación y térmicas para mantener el bus DC estable.

Los D-STATCOM han sido modelados [7]–[9] y controlados con diferentes estrategias de control [10]–[13]; estos artículos se enfocan en el modelo y el desarrollo, presentando herramientas matemáticas elaboradas para el funcionamiento, sin embargo, no presentan la precarga del bus DC y existe poca información sobre la implementación de un D-STATCOM real.

Un trabajo anterior del Grupo de Investigación en el Manejo Eficiente de la Energía (GIMEL) modeló y proporciono los parámetros de control PI  utilizando lazo de control en cascada [10] para un D-STATCOM. El trabajo teórico proporcionó un D-STATCOM funcionando  en  simulación;  sin   embargo,   al implementar el D-STATCOM de la simulación en un prototipo real, la determinación de los  parámetros  asociados a resistencias de los inductores y capacitores, pérdidas térmicas y pérdidas  por conmutación requiere tiempo extra para su determinación y dispositivos de medida costosos; este problema hace que la sintonización teórica de los controladores no sea la mejor en un sistema real ya que se desconocen esos parámetros, pero los valores PI proporcionados son la base para llegar a los definitivos; además, la simulación asumía que los capacitores tenían una precarga antes de iniciar el control los controladores reales no tienen la capacidad de estabilizar el bus DC cuando está alejado de su valor nominal.