Estudio de las regiones de operación de un sistema hvdc con soporte de bess y su capacidad de apoyar el control de frecuencia en las redes ac interconectadas.

Abstract

Las metas de descarbonizacíon y la transición hacia nuevos sistemas eléctricos pueden conllevar un incremento de energías renovables basadas en convertidores con electrónica de potencia, junto a una disminución en las máquinas rotatorias sincrónicas de alta inercia de los sistemas de generación convencionales. Esto puede causar serios problemas en la frecuencia eléctrica. El uso de enlaces de transmisión en corriente continua de alto voltaje (HVDC, del inglés High Voltage Direct Current ) y sistemas de almacenamiento de energía con baterías (BESS, del inglés Battery Energy Storage Systems) permite proporcionar soporte inercial a través de estrategias como la emulación de inercia, el amortiguamiento o damping virtual y/o el control de caída o droop. En este sentido, esta tesis aborda la integración de BESS en enlaces HVDC, con el objetivo de mejorar la regulación de frecuencia en redes eléctricas interconectadas, especialmente la respuesta inercial. Se analiza cómo las capacidades de potencia de los BESS y los enlaces HVDC pueden complementarse para enfrentar nuevos desafíos de inercia reducida de los sistemas eléctricos. El documento realiza un análisis de las regiones de operación de los convertidores fuente de voltaje (VSC, del inglés Voltage Source Converter ) utilizados en sistemas HVDC, evaluando cómo estas varían según las restricciones operacionales, considerando los límites de potencia, voltaje y modulación. Estas regiones permiten analizar los flujos de potencia del sistema y determinar cómo pueden integrarse de manera efectiva con otros sistemas complementarios. A través del trabajo de validación en tiempo real mediante la técnica Hardware-in-the- Loop (HIL), se demuestra que la integración coordinada de BESS y enlaces HVDC puede reducir las máximas desviaciones de frecuencia y las tasas de cambio de frecuencia (ROCOF, del inglés Rate Of Change of Frequency ). Esto mejora la estabilidad de las redes interconecta- das y permite el manejo eficiente de perturbaciones. Las regiones de operación del sistema se

amplían con BESS, asegurando un uso ´optimo de los recursos disponibles, evitando perturbar la normal operación del enlace HVDC. Esta tesis también explora distintas configuraciones de soporte inercial: desde el uso exclusivo de capacitores en el enlace DC hasta la integración con BESS, destacando las ventajas de la coordinación entre estos sistemas. Además, se analiza la importancia de un control bidireccional que permita un flujo de potencia dinámico y adaptable a las condiciones de las redes AC interconectadas. Finalmente, se concluye que los BESS, integrados en sistemas HVDC, son una solución robusta para sistemas eléctricos modernos. Se enfatiza que para maximizar su efectividad es crucial considerar las limitaciones operacionales del sistema. En particular, el nivel de estado de carga (SOC, del ingl´es State Of Charge) restringe los flujos de potencia que pueden gestionarse desde el BESS, mientras que las características de los capacitores en el enlace DC limitan la cantidad de potencia activa extra disponible para proporcionar soporte inercial. Este trabajo abre nuevas oportunidades para mejorar la resiliencia de los sistemas eléctricos y resalta la necesidad de seguir investigando sobre estrategias avanzadas de control y operación de estos sistemas para garantizar su viabilidad técnica y económica en escenarios reales.