Técnicas de control para la mejora de la estabilidad en redes eléctricas DC con convertidores operando a potencia constante

Abstract

Some electrical devices in direct current (DC) networks, under certain operating characteristics, behave as constant power loads (CPLs). This behavior is defined by presenting negative incremental resistance, compromising the stability of the supply networks. The current evolution of electrical networks favors the proliferation and increase of this unstable behavior. In this research, a stability analysis method is presented that allows verifying a sufficient condition for the local stability of linear and time invariant DC circuits with CPLs, for all possible equilibria of the system that arise when varying the power consumed by the CPLs. Furthermore, this method is expressed by linear matrix inequalities that can be verified by convex programming. It is also proposed to connect a stabilizing device in parallel, given an accessible connection port in the electrical network, which through an adequate control law, allows ensuring the local stability of linear and time-invariant DC networks with CPLs. The techniques used to obtain the control law have been H8 control, self-tuning control, and non-linear control. In addition, it is shown that the proposed solution meets the objectives established a priori, based on the worst-case regarding the system stability, through numerical results in simulation and experimental results obtained in a prototype plant designed and built within the framework of this research.

Algunos dispositivos eléctricos de las redes de corriente continua (DC), bajo determinadas características de funcionamiento, se comportan como cargas de potencia constante (CPLs). Este comportamiento, se define por presentar resistencia incremental negativa, comprometiendo la estabilidad de las redes de suministro. La evolución actual de las redes eléctricas, favorece la proliferación y aumento de este comportamiento inestable. En esta investigación, se presenta un método de análisis de estabilidad que permite comprobar una condición suficiente para la estabilidad local de circuitos de DC lineales e invariantes en el tiempo con CPLs, para todos los posibles equilibrios del sistema que surgen al variar la potencia consumida por las CPLs. Además, este método se expresa en forma de desigualdades matriciales lineales que pueden ser verificadas mediante programación convexa. También se propone la conexión de un dispositivo estabilizador en paralelo, dado un puerto de conexión accesible en la red eléctrica, que mediante una ley de control adecuada, permita asegurar la estabilidad local de redes de DC lineales e invariantes en el tiempo con CPLs. Las técnicas utilizadas en la obtención de la ley de control han sido control H8, control autosintonizado y control no lineal. Además, se demuestra que la solución propuesta cumple los objetivos establecidos a priori, basados en el peor caso respecto a la estabilidad del sistema, mediante resultados numéricos en simulación y resultados experimentales obtenidos en una planta prototipo diseñada y construida en el marco de este trabajo de investigación.