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.

Por otro lado, la tendencia normativa internacional —con el claro enfoque hacia las Redes Eléctricas Inteligentes y su particular infraestructura—, ha evolucionado hacia camas de prueba bajo ambientes virtuales en Simulación Avanzada en Tiempo Real (SATR). Por ello, el INEEL en colaboración con la SENER, implementó una plataforma de simulación avanzada para la prueba de inversores fotovoltaicos: seguidores y avanzados, de hasta 20 kW de potencia nominal.

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