Sistema de Transmisión a Frecuencia Fraccionaria basado en el Convertidor Matricial Directo para Planta Eólica Marina

Resumen

Los sistemas de transmisión a frecuencia fraccionaria (STFF) se visualizan como una prometedora opción para la transmisión de la energía generada mediante plantas eólicas marinas que se encuentran a distancias considerables de la costa. Convencionalmente, los STFFs utilizan una frecuencia de operación de un tercio de la frecuencia nominal reducir notablemente la corriente de carga de los cables submarinos utilizados en este tipo de instalaciones, incrementado su capacidad de transmisión. Asimismo, a diferencia de los sistemas HVDC que requieren dos estaciones de conversión de energía, los STFF solo requieren de una estación basada en un ciclo convertidor CA/CA, lo que los coloca como una solución operativamente más práctica y económica. Convencionalmente, los STFF propuestos utilizan ciclo-convertidores basados en convertidores bact-to-back (CA/CD/CA), aunque en estudios recientes se ha propuesto la utilización del convertidor matricial multinivel. Con la finalidad de aprovechar las ventajas operativas del convertidor matricial directo (CMD) como ciclo convertidor, en este trabajo se propone su utilización como elemento principal del STFF. Además de su capacidad para la conversión de frecuencias en un amplio rango, y para generar formas de onda con baja distorsión armónica, el CMD contiene un número reducido de semiconductores en comparación con las soluciones convencionales. El STFF basado en el CMD es simulado con la herramienta Simulink de Matlab, para analizar el desempeño del sistema cuando la planta eólica genera a distintas frecuencias. De los resultados de simulación generados se analizan comparativamente los obtenidos para la frecuencia nominal de 60 Hz, y para la frecuencia fraccionaria de 20 Hz (60/3 Hz), a fin de verificar la eficiencia del STFF. De igual manera, la efectividad del CMD para operar como ciclo-convertidor se evalúa en términos de la calidad de las señales generadas. Finalmente, el estudio preliminar conducido demuestra la viabilidad teórica de utilizar el STFF propuesto para la integración de una planta eólica con el sistema de potencia principal.