Diseño de un módulo de simulación en tiempo real para sistemas de generación eólica usando hardware-in-the-loop
Authors: Bautista Porras Mauricio , Mantilla Villalobos María Alejandra , Osma Pinto Germán Alfonso , Rey López Juan Manuel , Castellanos Parada Tania Valentina 
Published: September 2023

Las energías renovables han tenido un crecimiento significativo en los últimos años. Para el 2021, la capacidad de generación de energía eléctrica a partir de fuentes renovables superó el 28% de aporte a nivel mundial. Los convertidores electrónicos de potencia son fundamentales para la integración de estos sistemas a la red. Estos convertidores pueden ser controlados para incluir una amplia variedad de funciones que buscan el mejoramiento de la confiabilidad, estabilidad, flexibilidad, interoperabilidad, y calidad de la energía en las redes eléctricas. Por esta razón, las investigaciones actuales en esta área se enfocan en el desarrollo de algoritmos de control que se implementan en los convertidores de potencia, con el fin de incorporar capacidades y funcionalidades avanzadas a los sistemas de generación interconectados a la red mediante inversores. Una de las técnicas de simulación de alta relevancia en la actualidad es el hardware-in-the-loop (HIL). HIL es una técnica de simulación en tiempo real que se caracteriza por su capacidad de conectar dispositivos externos para realizar pruebas de circuito cerrado. Este tipo de simulación combina sistemas hardware y modelos software conectados por medio de una interfaz digital, permitiendo obtener resultados muy cercanos a los reales mediante la emulación del funcionamiento de los sistemas o dispositivos bajo evaluación. En este contexto, se presenta el diseño de un módulo de simulación en tiempo real usando la técnica HIL para emular la operación de sistemas eólicos basados en generadores síncronos de imanes permanentes (Permanent Magnet Synchronous Generator, PMSG) conectados a la red eléctrica. Este módulo permitirá la evaluación de algoritmos de control desarrollados para generadores eólicos con una aproximación más cercana a la realidad, teniendo en cuenta que tanto el sistema de control como los convertidores electrónicos corresponden a sistemas reales bajo prueba. De esta manera, se mejorarán los procesos de investigación y aprendizaje de estudiantes de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Electrónica de la Universidad Industrial de Santander (UIS). Actualmente, el módulo se encuentra en fase de implementación, por lo cual, este documento describe en detalle el diseño y configuración del módulo, y la selección de componentes físicos y sistemas de interconexión de cada una de las etapas. Este trabajo se realiza en el marco del proyecto de investigación titulado "Estrategia pedagógica para el fortalecimiento de competencias en STEM mediante sistemas modulares de laboratorio", código 2825, financiado por la Vicerrectoría de Investigación y Extensión de la UIS y el proyecto de investigación financiado por Minciencias titulado “Diseño de estrategias alternativas de operación y control para sistemas fotovoltaicos multifuncionales en redes de distribución con alta penetración de energías renovables” código 70416, desarrollado en el marco del “Programa de Investigación en Tecnologías Emergentes para Microrredes Eléctricas Inteligentes con Alta Penetración de Energías Renovables” contrato 80740-542-2020.