Concepción e implementación de servicios especiales de soporte de frecuencia, tensión e inercia virtual a la red eléctrica, en estaciones de recarga bidireccionales de vehículos eléctricos

Abstract

La integración de energías renovables a la red usando conversores estáticos genera problemas como la disminución en la inercia global y reducción de la calidad de la energía eléctrica. La reducción de inercia es un problema crítico dado que puede conllevar a que la frecuencia eléctrica salga de su rango de tolerancia, resultando en fallas en el funcionamiento de las cargas o en cortes de energía a gran escala. Para superar estas dificultades, se propone la implementación de funcionalidades como la inercia virtual, un soporte ante variaciones permanentes de frecuencia y/o de amplitud de tensión, así como de compensación reactiva y compensación armónica en los cargadores bidireccionales de vehículos eléctricos. Este trabajo propone una nueva estrategia de control para gestionar un sistema de almacenamiento híbrido compuesto por condensadores y baterías a través de un conversor de dos etapas con aislamiento galvánico pensado para cargadores externos (“off-board”). La estrategia propuesta gestiona un flujo rápido de potencia desde los condensadores y un flujo lento desde la batería para no afectar su tiempo de vida. Este trabajo muestra resultados experimentales, así como todo el proceso de diseño y simulación de la estrategia propuesta en un conversor de 2.5kW.

The integration of renewable energies into the grid using static converters generates issues such as a reduction in global inertia and power quality. System inertia reduction is a critical problem that can lead to grid frequency exceeding the acceptable range, resulting in undesirable load-shedding or even large-scale blackouts. To overcome these issues, the use of Electric Vehicle Bidirectional Chargers implementing functionalities such as Virtual Inertia (VI), long-term frequency support, voltage support by reactive power, and harmonics compensation, has been proposed as a possible solution. This paper proposes a novel control strategy to manage a hybrid energy storage system composed of DC- Link capacitors and battery, through an isolated two-stage CA-CC converter, intended for off-board chargers. The proposed strategy manages the fast dynamic from DC-Link capacitors and the slower dynamic from batteries so as not to affect its lifetime. Simulations and experimental results are presented for a 2.5 kW prototype to validate the proposed strategy.