9. Respuesta de un inversor en una bancada de pruebas.

9. Respuesta de un inversor en una bancada de pruebas.

En esta seccion evaluaremos el comportamiento de la bancada descrita en la seccion 8 en la

figura 75 y la respuesta de un inversor fotovoltaico frente a faltas de tension. EL equipo DUT

estara formado por un inversor de 500KW , y se utilizara un convertidor tambien de 500KW

como generador de red y un convertidor de 100KW como rectificador.

Primero evaluaremos la respuesta en un entrono de simulacion por ordenador. Y en una

segunda fase registraremos medidas del comportamiento real en una bancada de pruebas real.

Vamos a realizar los mismos experimentos a nivel de simulacion que a nivel experimental

para poder comparar los resultados obtenidos. En particular, seleccionaremos algunas pruebas

de las que se describieron en la tabla 1 en la seccion 3, necesarias para la certificacion del equipo

frente a las normativas internacionales.

9.1. Resultados de simulaciones.

Para elaborar las simulaciones se utilizara el entorno de simulacion PSCAD v4.2. A continua-

cion se mostrara el resultado de estas simulaciones, y observaremos el correcto funcionamiento

de la bancada.

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9.1 Resultados de simulaciones.

9.1.1. Generacion de falta de tension sin carga.

Antes de comenzar caracterizaremos el comportamiento de la bancada de pruebas en vacıo.

Para ello generaremos dos faltas de tension y registraremos las medidas de tension obtenidas y

su fiabilidad. En la figura 76 se muestra como ejemplo una captura de una falta trifasica 0,15p.u.

de profundidad y 600ms de duracion, y en la figura 104 se muestra una falta bifasica de 0,05p.u.

de profundidad y 600ms de duracion.

Figura 76: Bancada sim. En vacıo. Falta 3F. Tension de red.

Figura 77: Bancada sim. En vacıo. Falta 2F. Tension de red.

A continuacion mostramos los resultados esperados en la bancada ante una seleccion signi-

ficativa de pruebas necesarias en las certificaciones de legislacion internacional recogidas en la

tabla 1.

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9.1 Resultados de simulaciones.

9.1.2. Prueba 1. Falta trifasica. Pout = 0,9p.u.

Figura 78: Bancada sim. Prueba 1. Falta 3F. Tension de red.

Figura 79: Bancada sim. Prueba 1. Falta 3F. Corriente de red.

Figura 80: Bancada sim. Prueba 1. Falta 3F. Potencia inyectada a red.

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9.1 Resultados de simulaciones.

9.1.3. Prueba 1. Falta bifasica. Pout = 0,9p.u.

Figura 81: Bancada sim. Prueba 1. Falta 2F. Tension de red.

Figura 82: Bancada sim. Prueba 1. Falta 2F. Corriente de red.

Figura 83: Bancada sim. Prueba 1. Falta 2F. Potencia inyectada a red.

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9.1 Resultados de simulaciones.

9.1.4. Prueba 2. Falta trifasica. Pout = 0,2p.u.

Figura 84: Bancada sim. Prueba 2. Falta 3F. Tension de red.

Figura 85: Bancada sim. Prueba 2. Falta 3F. Corriente de red.

Figura 86: Bancada sim. Prueba 2. Falta 3F. Potencia inyectada a red.

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9.1 Resultados de simulaciones.

9.1.5. Prueba 2. Falta bifasica. Pout = 0,2p.u.

Figura 87: Bancada sim. Prueba 2. Falta 2F. Tension de red.

Figura 88: Bancada sim. Prueba 2. Falta 2F. Corriente de red.

Figura 89: Bancada sim. Prueba 2. Falta 2F. Potencia inyectada a red.

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9.1 Resultados de simulaciones.

9.1.6. Prueba 3. Falta trifasica. Pout = 0,9p.u.

Figura 90: Bancada sim. Prueba 3. Falta 3F. Tension de red.

Figura 91: Bancada sim. Prueba 3. Falta 3F. Corriente de red.

Figura 92: Bancada sim. Prueba 3. Falta 3F. Potencia inyectada a red.

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9.1 Resultados de simulaciones.

9.1.7. Prueba 3. Falta bifasica. Pout = 0,9p.u.

Figura 93: Bancada sim. Prueba 3. Falta 2F. Tension de red.

Figura 94: Bancada sim. Prueba 3. Falta 2F. Corriente de red.

Figura 95: Bancada sim. Prueba 3. Falta 2F. Potencia inyectada a red.

92

9.1 Resultados de simulaciones.

9.1.8. Prueba 4. Falta trifasica. Pout = 0,2p.u.

Figura 96: Bancada sim. Prueba 4. Falta 3F. Tension de red.

Figura 97: Bancada sim. Prueba 4. Falta 3F. Corriente de red.

Figura 98: Bancada sim. Prueba 4. Falta 3F. Potencia inyectada a red.

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9.1 Resultados de simulaciones.

9.1.9. Prueba 4. Falta bifasica. Pout = 0,2p.u.

Figura 99: Bancada sim. Prueba 4. Falta 2F. Tension de red.

Figura 100: Bancada sim. Prueba 4. Falta 2F. Corriente de red.

Figura 101: Bancada sim. Prueba 4. Falta 2F. Potencia inyectada a red.

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9.1 Resultados de simulaciones.

9.1.10. Evaluacion de resultados.

En los apartados anteriores hemos testeado el sistema ante una serie de huecos de tension

muy diversos (faltas trifasicas y bifasicas, de distintas profundidades y duraciones), mostrados

en las figuras 78, 81, 84, 87, 90, 93, 96 y 99.

En todos los casos el resultado por simulacion es satisfactorio. Sin embargo, el aporte de

reactiva a la red depende de varios factores, como el tipo de falta trifasica o bifasica, profundidad

y duracion. Por ejemplo, en la figura 80 apenas se inyecta reactiva, ya que la duracion de la

falta es de 200ms (ver figura 78), y el algoritmo esta programado para inyectar reactiva a partir

de los 150ms, aunque este tiempo es perfectamente configurable. Sin embargo, en la figura 92

el aporte se aprecia mas claro, ya que la duracion de la falta es bastante mayor. En cuanto a

los huecos asimetricos, el comportamiento es siempre bastante parecido, ya que no se utiliza el

inversor para inyectar reactiva y la unica existente es debida a los condensadores presentes en

el filtro AC (ver por ejemplo la figura 83 o 99).

En cuanto a los transitorios producidos en el inicio y despeje de la falta, en la normativa

se permiten consumos puntuales debidos a efectos de la magnetizacion y desmagnetizacion de

elementos tales como transformadores. En la figura 88 por ejemplo, se observa bastante bien la

corriente instantanea en el inicio de falta. En esta figura se aprecia una corriente de cortocircuito

en el inicio de la falta, seguido de la curva tıpica de desmagnetizacion del transformador. Este

efecto se repite en todas las situaciones de forma mas o menos pronunciada, como en la figura

82 o la 97.

Por ultimo indicar un pico de potencia reactiva que se aprecia en todas las graficas en el

despeje de la falta (ver por ejemplo 86). Este pico se debe a la recuperacion de la tension de

red, al subir esta, y mantenerse constante la corriente (ver figura 85 para seguir con el mismo

ejemplo). Tambien se aprecia un pico de consumo de potencia activa en este instante, el cual se

debe en parte a la magnetizacion de los inductivos, y por otro lado, al cambio de fase que sufre

la tension en la recuperacion de la falta.

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9.2 Resultados experimentales.

9.2. Resultados experimentales.

Para la evaluacion del inversor frente a faltas de tension se construyo la bancada de pruebas

en unas instalaciones destinadas a tal efecto. En la figura 102 se muestra una vista general de

la bancada y los componentes que la integran. Observar que se anadieron algunos componentes

inductivos para eliminar efectos resonantes presentes en otras bancadas de ensayos del mismo

tipo.

Figura 102: Vista general de la bancada de ensayos construida.

Para registrar las medidas se utilizo un analizador de red modelo Yokogawa WT3000, regis-

trando medidas cada 50ms y colocando las sondas de tension en las tensiones de lınea y una

sonda de corriente de 2000A en cada fase de salida del convertidor DUT.

9.2.1. Generacion de falta de tension sin carga.

Antes de comenzar caraterizaremos el comportamiento de la bancada de pruebas en vacıo.

Para ello generaremos dos faltas de tension y registraremos las medidas de tension obtenidas y

su fiabilidad. En la figura 76 se muestra como ejemplo una captura de una falta trifasica 0,15p.u.

de profundidad y 600ms de duracion, y en la figura 77 se muestra una falta bifasica de 0,05p.u.

de profundidad y 600ms de duracion.

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9.2 Resultados experimentales.

Figura 103: Bancada exp. En vacıo. Falta 3F. Tension de red.

Figura 104: Bancada exp. En vacıo. Falta 2F. Tension de red.

A continuacion mostramos los resultados registrados de algunas pruebas realizadas en la

bancada. Se han seleccionado las mismas pruebas realizadas que en las simulaciones de la seccion

9.1, para poder comparar los resultados. Se trata de una seleccion significativa de las principales

pruebas necesarias en las certificaciones de legislacion internacional recogidas en la tabla 1.

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9.2 Resultados experimentales.

9.2.2. Prueba 1. Falta trifasica. Pout = 0,9p.u.

Figura 105: Bancada exp. Prueba 1. Falta 3F. Tension de red.

Figura 106: Bancada exp. Prueba 1. Falta 3F. Corriente de red.

Figura 107: Bancada exp. Prueba 1. Falta 3F. Potencia inyectada a red.

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9.2 Resultados experimentales.

9.2.3. Prueba 1. Falta bifasica. Pout = 0,9p.u.

Figura 108: Bancada exp. Prueba 1. Falta 2F. Tension de red.

Figura 109: Bancada exp. Prueba 1. Falta 2F. Corriente de red.

Figura 110: Bancada exp. Prueba 1. Falta 2F. Potencia inyectada a red.

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9.2 Resultados experimentales.

9.2.4. Prueba 2. Falta trifasica. Pout = 0,2p.u.

Figura 111: Bancada exp. Prueba 2. Falta 3F. Tension de red.

Figura 112: Bancada exp. Prueba 2. Falta 3F. Corriente de red.

Figura 113: Bancada exp. Prueba 2. Falta 3F. Potencia inyectada a red.

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9.2 Resultados experimentales.

9.2.5. Prueba 2. Falta bifasica. Pout = 0,2p.u.

Figura 114: Bancada exp. Prueba 2. Falta 2F. Tension de red.

Figura 115: Bancada exp. Prueba 2. Falta 2F. Corriente de red.

Figura 116: Bancada exp. Prueba 2. Falta 2F. Potencia inyectada a red.

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9.2 Resultados experimentales.

9.2.6. Prueba 3. Falta trifasica. Pout = 0,9p.u.

Figura 117: Bancada exp. Prueba 3. Falta 3F. Tension de red.

Figura 118: Bancada exp. Prueba 3. Falta 3F. Corriente de red.

Figura 119: Bancada exp. Prueba 3. Falta 3F. Potencia inyectada a red.

102

9.2 Resultados experimentales.

9.2.7. Prueba 3. Falta bifasica. Pout = 0,9p.u.

Figura 120: Bancada exp. Prueba 3. Falta 2F. Tension de red.

Figura 121: Bancada exp. Prueba 3. Falta 2F. Corriente de red.

Figura 122: Bancada exp. Prueba 3. Falta 2F. Potencia inyectada a red.

103

9.2 Resultados experimentales.

9.2.8. Prueba 4. Falta trifasica. Pout = 0,2p.u.

Figura 123: Bancada exp. Prueba 4. Falta 3F. Tension de red.

Figura 124: Bancada exp. Prueba 4. Falta 3F. Corriente de red.

Figura 125: Bancada exp. Prueba 4. Falta 3F. Potencia inyectada a red.

104

9.2 Resultados experimentales.

9.2.9. Prueba 4. Falta bifasica. Pout = 0,2p.u.

Figura 126: Bancada exp. Prueba 4. Falta 2F. Tension de red.

Figura 127: Bancada exp. Prueba 4. Falta 2F. Corriente de red.

Figura 128: Bancada exp. Prueba 4. Falta 2F. Potencia inyectada a red.

105

9.2 Resultados experimentales.

9.2.10. Evaluacion de resultados.

En la realizacion de las pruebas experimentales se ha testeado el sistema frente a los mismos

tipos de faltas que se simularon en la seccion 9.1 (por ejemplo se puede apreciar como los

perfiles de tension en la figura 78 y 105, o en la figura 99 y 126, son equivalentes), con lo que se

puede establecer un paralelismo entre los resultados del modelo por simulacion y los resultados

experimentales.

Los resultados en todos los casos experimentales son satisfactorios (tal y como ocurrıa en el

analisis de los datos por simulacion), aunque se pueden apreciar ligeras diferencias con respecto

al modelo de la simulacion.

En las graficas que reflejan la potencia inyectada en la red (figuras 107, 110, 113, 116, 119,

122, 125 y 128) no se aprecia consumo de potencia activa fuera de los transitorios iniciales de

inicio y fın de la falta, si bien es cierto que el consumo de potencia activa en el inicio de la falta

es en determinados casos algo superior. En cuanto a la inyeccion de potencia reactiva, sigue en

general los patrones establecidos en el modelo por simulacion, inyectando la maxima potencia

reactiva posible durante el hueco de tension si la falta es trifasica.

En los resultados experimentales se aprecia, tal y como se apreciaba en resultados por simu-

lacion (ver por ejemplo la figura 98), picos de potencia transitorios en el despeje de la falta, tal

y como se muestra en la figura 113 o 125.

En cuanto a la corriente de cortocircuito y desmagnetizacion y magnetizacion del transfor-

mador no se aprecia con claridad en las capturas del Yokogawa. Se aprecian picos puntuales de

corriente en el inicio de la falta, pero al ser medidas promediadas, carecen de exactitud en valores

instantaneos. Sin embargo, tal y como se mostrara en la figura 130, dichos efectos aparecen y se

manifiestan tal y como se mostraba en el modelo por simulacion en graficas tales como la figura

88.

106

9.2 Resultados experimentales.

9.2.11. Resultados con otros inversores y registros instantaneos.

A continuacion vamos a mostrar resultados obtenidos con otros dos modelos de inversores

fotovoltaicos de distinta potencia, para comprobar si los resultados son extrapolables a otros

equipos. Ası mismo, en estas pruebas fue posible registrar ademas una captura transitoria de las

corrientes y tensiones de salida del inversor con un osciloscopio de cuatro canales de Textronik.

La primera prueba registrada se trata de un inversor de 30KW a alta carga, que se ve expues-

to a una falta simetrica de gran profundidad. Los resultados de tension, corriente y potencias

registradas con el analizador de red y el osciloscopio se muestran desde la figura 129 a la 131.

Figura 129: Bancada exp PV30. Falta 3F. Tension de red.

Figura 130: Bancada exp PV30. Falta 3F. Corriente de red.

107

9.2 Resultados experimentales.

Figura 131: Bancada exp PV30. Falta 3F. Potencia inyectada a red.

Ademas, se obtuvo el registro de una prueba realizada a baja carga frente a una falta asimetri-

ca para la norma espanola. Los registros de tension, corriente y potencia se muestran de la figura

132 a 134.

Figura 132: Bancada exp PV30. Falta 3F. Tension de red.

Figura 133: Bancada exp PV30. Falta 3F. Corriente de red.

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9.2 Resultados experimentales.

Figura 134: Bancada exp PV30. Falta 3F. Potencia inyectada a red.

Por otro lado, se registran los resultados obtenidos de una prueba realizada a un inversor de

100KW a alta carga frente a una falta trifasica para la superacion de la norma espanola (ver

figuras 135 a 137).

Figura 135: Bancada exp PV100. Falta 3F. Tension de red.

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9.2 Resultados experimentales.

Figura 136: Bancada exp PV100. Falta 3F. Corriente de red.

Figura 137: Bancada exp PV100. Falta 3F. Potencia inyectada a red.

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9.3 Conclusiones.

9.3. Conclusiones.

Analizando en conjunto todos los resultados mostrados en esta seccion se pueden extraer las

siguientes conclusiones:

Se ha obtenido un modelo por simulacion fiable del inversor fotovoltaico bajo prueba,

pudiendose verificar que el comportamiento transitorio y permanente ha sido parecido en

las pruebas experimentales.

Se ha obtenido una respuesta adecuada tanto a nivel de simulacion como experimental del

inversor fotovoltaico frente a un conjunto amplio de tipos de faltas de tension.

Se ha mostrado que los transitorios iniciales y finales de la falta de tension estan dentro

de los margenes permitidos.

Se ha mostrado la validez del metodo para distintos equipos fotovoltaicos comerciales.

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