Inversores formadores de red frente a inversores seguidores de red

En un sistema de energía aislado, elegir entre un inversor formador de red y un inversor seguidor de red no es una cuestión de unos pocos puntos porcentuales de eficiencia. Es la diferencia entre un sistema que establece el voltaje y uno que ni siquiera puede arrancar. Esta distinción se reduce a un único principio de control: fuente de corriente frente a fuente de voltaje.

Fuente de corriente frente a fuente de voltaje

Un inversor seguidor de red se comporta como una fuente de corriente controlada. Utiliza un bucle de bloqueo de fase para medir la fase de un voltaje de CA existente e inyecta corriente en sincronía con esa referencia. Su funcionamiento depende totalmente de una referencia externa de voltaje y frecuencia. En un entorno aislado, donde dicha referencia no existe, un inversor seguidor de red no tiene nada que seguir.

Un inversor formador de red, por el contrario, opera como una fuente de tensión. Establece su propio fasor de tensión interno con una magnitud y frecuencia ajustadas localmente, y otras fuentes y cargas se sincronizan con esa referencia. En este sentido, su comportamiento se asemeja al de un generador síncrono: no espera a que exista una red; crea las condiciones para que esta exista.

Por qué los sistemas aislados requieren control formador de red

En una microrred o sistema aislado, no existe una red eléctrica de la compañía suministradora que proporcione la referencia de tensión y frecuencia. Si el sistema de conversión de potencia (PCS) opera en modo seguidor de red, ningún dispositivo del sistema asume la responsabilidad de establecer dicha referencia. La microrred no puede energizarse. Esto no es una limitación marginal del rendimiento; es una condición funcional previa.

El mismo principio se aplica cuando se conectan cargas de motores de alta potencia. Los motores de inducción consumen una corriente de conexión elevada al arrancar, y dicha corriente puede interferir con los bucles de control del inversor en una microrred aislada. Un inversor formador de red debe permitir una caída momentánea de tensión dentro de los límites de soporte definidos en la norma IEEE Std. 1547, manteniendo al mismo tiempo la regulación de tensión y evitando un disparo.

Los inversores seguidores de red no poseen esta capacidad en un contexto aislado, porque no son los dispositivos que establecen la tensión en primer lugar. Por lo tanto, en microrredes, instalaciones industriales aisladas y operaciones mineras o de procesamiento remotas, la capacidad formadora de red constituye un requisito básico, no una actualización opcional.

Qué buscar en un sistema de conversión de potencia formador de red

Las capacidades esenciales incluyen el arranque en negro (establecer voltaje desde un estado sin energía), la respuesta de inercia a escala de milisegundos, la contribución de corriente de cortocircuito para soportar transitorios provocados por el arranque de motores y la transición suave entre los modos conectado a la red y aislado.

Un ejemplo práctico es un convertidor de potencia de red (PCS) formador de red integrado con un transformador elevador, como los ofrecidos por Zhongmeng (Jiangsu Zhongmeng Electrical). La unidad integrada de PCS formador de red de esta empresa especifica un tiempo de respuesta de 10 ms o menos y una operación estable con una relación de cortocircuito (SCR) inferior a 1,1, un rango que normalmente no pueden soportar los equipos convencionales seguidores de red.

La unidad también incorpora respuesta de inercia, control de amortiguamiento, operación en paralelo de múltiples unidades, arranque en negro y tolerancia a saltos de ángulo de fase, con una eficiencia de conversión igual o superior al 98,5 %. Estas especificaciones son relevantes no como cifras publicitarias, sino porque corresponden directamente a las condiciones fuera de red descritas anteriormente.

Una breve lista de verificación para la selección

Antes de especificar un sistema de conversión de potencia (PCS) para un proyecto aislado de la red, vale la pena formular cuatro preguntas.

1. ¿El proyecto implica realmente una operación aislada? En tal caso, el control de formación de red es una condición previa.

2. ¿Puede el PCS realizar un arranque en frío y establecer tensión en un bus vacío?

3. ¿Cuál es el tiempo de respuesta de inercia y está especificado en milisegundos en lugar de segundos?

4. ¿Puede la unidad soportar la corriente de conexión de cargas con motores sin dispararse?

Si alguna de estas respuestas no es clara, el modo de control no se ha verificado adecuadamente.

Escenarios de aplicación

Un inversor formador de red no es un inversor seguidor de red "mejor". Es una categoría distinta de dispositivo, adecuada para unas condiciones de red diferentes. En sistemas aislados, seleccionar la arquitectura de control correcta importa más que comparar las potencias nominales.

Preguntas frecuentes

P: ¿Cuál es la diferencia principal entre los inversores formadores de red y los inversores seguidores de red?

R: El formador de red actúa como una fuente de tensión que crea su propia referencia; el seguidor de red actúa como una fuente de corriente que necesita una tensión existente para seguir.

P: ¿Puede funcionar un inversor seguidor de red en un sistema aislado?

A: No. Sin una referencia externa de tensión, un inversor que sigue la red no tiene ninguna señal con la que sincronizarse y no puede arrancar.

P: ¿Qué es la capacidad de arranque en negro?

R: La capacidad de energizar un bus sin energía y establecer tensión sin ninguna fuente de alimentación externa.

P: ¿Por qué es importante el tiempo de respuesta para los sistemas de conversión de potencia (PCS) aislados de la red?

R: Una respuesta rápida (10 ms o menos) garantiza la estabilidad de la tensión durante cambios repentinos de carga y el arranque de motores en sistemas aislados.

P: ¿Qué significa un SCR inferior a 1,1 para un PCS?

R: Indica que el PCS puede mantener una operación estable en condiciones de red débil, donde la relación de cortocircuito es muy baja.