¿Qué mantiene la corriente alterna sincronizada cuando los grandes generadores de energía se desconectan?
Las estaciones convertidor también se utilizan para conectar dos rejillas de alimentación de CA entre sí. Las estaciones para este propósito son del tamaño de las catedrales y cuentan con grandes sistemas de enfriamiento. Crédito: Hitachi Energy
En el futuro, Europa debe ser impulsada por la energía renovable. La expansión de la capacidad de energía eólica y solar y la provisión de energía suficiente en invierno son solo dos de los desafíos que presenta esto.
El público en general desconoce en gran medida los cambios fundamentales que lo acompañan en la red eléctrica: mientras que los generadores de las centrales eléctricas tradicionales a gran escala, es decir, de las centrales hidroeléctricas, a carbón y nucleares nucleares, se mantienen estables en la parrilla con sus mecanismos simples y lentos, existe una necesidad de convertidores eléctricos controlados eléctricos.
Proteger a estos convertidores del mal funcionamiento de la cuadrícula como las salsas de voltaje y los cortes de cortes no es en absoluto una tarea fácil. Ahora, el grupo dirigido por Florian Dörfler, profesor de control de sistemas complejos en ETH Zurich, ha proporcionado una solución.
En primer lugar, es importante saber que la electricidad que fluye a través de las redes eléctricas de Europa se basa en la tecnología de corriente alterna, lo que significa que la dirección de la corriente se invierte cada centésima de segundo. Los generadores establecen esta frecuencia en las grandes centrales eléctricas, que se sincronizan entre sí a través de la cuadrícula.
Por otro lado, las plantas de energía eólica y solar producen corriente continua, que los convertidores deben convertirse en corriente alterna. Los convertidores de hoy se adaptan a la frecuencia de la cuadrícula e inyectan su poder sincronizado con ella.
Este enfoque funciona siempre que haya suficientes centrales eléctricas grandes con turbinas que operan en la cuadrícula. Sin embargo, si un número cada vez mayor de centrales nucleares y de carbón se desconectan en el futuro, se perderán estos generadores de tiempo, y se necesitará un reemplazo.
Mecanismo de protección radical
En el futuro, habrá una necesidad de convertidores formadores de red, es decir, convertidores que no simplemente siguen una frecuencia, como es el caso hoy, sino que ayudan activamente a estabilizarla. Hasta ahora, los ingenieros no tenían una solución viable sobre cómo estos convertidores de formación de cuadrícula podrían continuar funcionando en caso de un cortocircuito o una caída de voltaje en la red eléctrica, al tiempo que también estaban protegidos contra la sobrecarga.
Los convertidores de hoy tienen un mecanismo de protección que garantiza que se desconecten de la red en caso de un mal funcionamiento de la red. Esta protección es necesaria porque, si hubiera una gran caída de voltaje en la red eléctrica, el convertidor intentaría compensar el voltaje faltante inyectando una corriente alta. Esto sobrecargaría el convertidor y lo dañaría irreparablemente en el espacio de milisegundos.
Con nuevos algoritmos para el control inteligente, el grupo de Dörfler ahora ha logrado continuar operando los convertidores formadores de la red incluso en caso de un mal funcionamiento de la cuadrícula. Un apagado riguroso ya no es necesario. Este enfoque permite que una planta de energía eólica o solar permanezca en línea, continúe suministrando energía y, por lo tanto, contribuya a estabilizar la frecuencia de la cuadrícula incluso en caso de un mal funcionamiento de la cuadrícula. En consecuencia, el sistema puede asumir el papel actualmente realizado por los generadores de energía a gran escala tradicionales.
El controlador del convertidor mide los parámetros de la cuadrícula continuamente y ajusta el convertidor en tiempo real a través de un bucle de retroalimentación. ETH Zurich ha solicitado una patente sobre los nuevos algoritmos.
Tesis de maestría en la industria
La idea inicial vino de uno de los estudiantes de Dörfler’s Master, que ahora está haciendo un doctorado en ETH: Maitaya Desai se dio cuenta de que, en caso de mal funcionamiento de la red, es mejor lidiar con el voltaje de la cuadrícula y la frecuencia de la corriente alterna por separado. Como es difícil mantener el voltaje en caso de un mal funcionamiento de la cuadrícula, el nuevo algoritmo de control se centra en la frecuencia e intenta mantenerla estable en la red en todas las circunstancias. Al mismo tiempo, el algoritmo limita la corriente para evitar sobrecargar el convertidor, mientras que permitiendo que el voltaje varíe libremente.
Después de llevar a cabo los cálculos por primera vez, los investigadores de ETH verificaron estos cálculos en simulaciones por computadora y finalmente en un pequeño sistema de prueba en el laboratorio. Como las mejoras se relacionan exclusivamente con el software, no hay necesidad de que la industria cree sistemas de demostración. Más bien, puede incorporar los algoritmos directamente a su software de control.
Dörfler planea trabajar en estrecha colaboración con los socios de la industria interesados para este fin. Por ejemplo, el objetivo es que los estudiantes de ETH realicen sus maestros tesis en empresas industriales, ayudando así a implementar el nuevo enfoque en los productos de los socios industriales.
“Nosotros y otros hemos estado investigando este campo durante 15 años”, dice Dörfler. “Nuestro enfoque es actualmente la mejor manera de resolver el problema”.
Los nuevos algoritmos contribuyen a la estabilidad de la red eléctrica, reducen el riesgo de apagones y allanan el camino para una transición de generadores de energía grandes y centralizados a un sistema descentralizado y flexible de centrales eléctricas más pequeñas que suministran energía renovable. En consecuencia, podrían representar un bloque de construcción clave en la transición de energía.
Cita: ¿Qué sigue sincronizar la corriente alternativa cuando los generadores de energía grandes se desconectan? (2025, 17 de abril) Consultado el 17 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-alternating-current-sync-large-power.html
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