Desarrollo tecnológico
Plataforma de simulación avanzada del INEEL para prueba de inversores fotovoltaicos
Introducción
La proliferación en el mundo de sistemas de Generación
Distribuida (GD) o Recursos de Energía Distribuida (DER, por
sus siglas en inglés), presenta una tendencia incremental
en el mundo. Sus ventajas e implicaciones, tanto técnicas
como no técnicas son más evidentes en campo y la mayor
parte de ellas recae en el elemento de interconexión que
constituye la interfaz entre la red eléctrica convencional y
la fuente de generación eléctrica local, basada en energía
limpia (normalmente energía eléctrica disponible en
forma de corriente directa, CD; como la solar fotovoltaica,
hidrógeno verde, etc.). Este elemento de interconexión se
denomina Convertidor Electrónico de Potencia (CEP); hoy
en día complementa su función original de conversión
con funciones inteligentes que dan soporte activo a la
red eléctrica. Por lo tanto, la normatividad internacional
gira alrededor del CEP. El funcionamiento correcto de un
CEP no debe impactar negativamente ningún parámetro
de la calidad de la potencia y tampoco debe representar
ningún tipo de riesgo eléctrico; ni para los usuarios finales
(la mayoría personal no técnico, pues son instalaciones
residenciales, comerciales, académicas, etc.), ni para el
personal operativo de la compañía eléctrica.
Con base en lo anterior, la certificación obligatoria de
los CEPs es importante en la crítica hacia una transición
energética exitosa. Al respecto, el pasado 9 de septiembre de
2024, la CRE anunció la primera revisión del Anteproyecto de
Norma Oficial Mexicana para instalaciones FV, cuyo objetivo
es establecer los requisitos de seguridad y desempeño,
los métodos de prueba para los módulos fotovoltaicos,
inversores y estructuras de montaje, para prevenir riesgos y
establecer un grado mínimo de seguridad y desempeño de
los sistemas fotovoltaicos, para que los parámetros técnicos
del Sistema Eléctrico Nacional se mantengan dentro de los
límites establecidos.
Con base en lo anterior, la certificación obligatoria de
los CEPs es importante en la crítica hacia una transición
energética exitosa. Al respecto, el pasado 9 de septiembre de
2024, la CRE anunció la primera revisión del Anteproyecto de
Norma Oficial Mexicana para instalaciones FV, cuyo objetivo
es establecer los requisitos de seguridad y desempeño,
los métodos de prueba para los módulos fotovoltaicos,
inversores y estructuras de montaje, para prevenir riesgos y
establecer un grado mínimo de seguridad y desempeño de
los sistemas fotovoltaicos, para que los parámetros técnicos
del Sistema Eléctrico Nacional se mantengan dentro de los
límites establecidos.
Plataforma de Simulación Avanzada del INEEL
a. Descripción
En la Figura 1 se tiene la configuración de la plataforma de
simulación avanzada del INEEL para prueba de inversores
fotovoltaicos: seguidores y avanzados; su capacidad de
potencia es de hasta 20 kW. Los equipos especializados
son: 1. El simulador en Tiempo Real (TR), conformado por el
simulador OP5700, de OPAL Technologies [3]; 2. Simulador
regenerativo de red eléctrica de 30 kW; 3. Simulador de
arreglos fotovoltaicos de 30 kW, y 4. La estación de trabajo
convencional. Esta última incluye las licencias del software:
Todas las requeridas por OPAL-RT®, y la de Matlab® y sus
herramientas, dependiendo de la aplicación.
Figura 1. Configuración de la plataforma del INEEL.
b. Funcionamiento
Uno de los objetivos iniciales de esta plataforma es aplicar
el procedimiento de la norma IEEE 1547.1 a CEPs seguidores
y avanzados. Ello, cargando previamente mediante scripts
en el simulador de TR, o bien, en una plataforma como la
de SVP desarrollada por Sun-Spect [4], pero en un ambiente
virtual de simulación en TR. Se puede decir que el CEP real
como EUT (Equipo Bajo Prueba; de sus siglas en inglés)
estará sumergido en un ambiente de Realidad Virtual (RV)
para él, ya que este operará tal cual lo haría en campo,
pero interactuando con un arreglo FV (a la entrada) y una
red eléctrica convencional (a la salida), ambos emulados.
En la plataforma el simulador regenerativo (2) emula
a la red eléctrica y el simulador (3) emula al arreglo FV,
logrando que el EUT opere de manera normal para poder
ser evaluado y bajo el set de pruebas de interés. Dicho
escenario permite aplicarle pruebas al EUT en cualquier
horario (sin depender del recurso solar), salvando costos
elevados de infraestructura de generación (en este caso un
arreglo FV de 30 kWp) y bajo distintos niveles y patrones
de irradiación solar emulada. Asimismo, se pueden generar
distintos patrones de perturbaciones en la red eléctrica,
para evaluar los diferentes parámetros de calidad de la
energía que la normatividad de interés exija en la salida del
EUT; lo cual no sería técnica ni económicamente factible
hacerlo en campo o con elementos pasivos.
Otro escenario que puede surgir, es que una vez puesta
en marcha la simulación en TR del EUT, los resultados
pueden ser registrados simultáneamente (con un Sistema
de Adquisición de Datos adicional, o bien, con el propio
simulador OP-5700), lo que permite poder generar un
modelo de simulación para posteriormente ser replicado
en varios EUTs en el ambiente de simulación en TR,
modelando un clúster de inversores FV. De esta manera, al
contar con modelos de RGD de interés para la CFE se podría
ejecutar una simulación en TR, para analizar el impacto que
se tendría por parte del funcionamiento simultáneo del
clúster de inversores FV en la red eléctrica, a partir de un
solo EUT físico.
Figura 2. Plataforma de simulación avanzada del INEEL para prueba de inversores fotovoltaicos.
En resumen, la plataforma de simulación avanzada del INEEL (ver Figura 2) para prueba de inversores fotovoltaicos de hasta 20 kW (seguidores y avanzados), permite a nuestros clientes potenciales realizar en México -de manera rentable-, trenes de pruebas para pre-certificación de CEPs en corto tiempo, aplicando protocolos de la normatividad (nacional o internacional) de interés meta.
Autor:
Humberto Raúl Jiménez Grajales, hjimenez@ineel.mx