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Convertidores de potencia para la interconexión
de sistemas de generación distribuida a la red eléctrica
Por Marco Rivera Abarca, Ingeniero Civil Electrónico, Magíster en Ingeniería Eléctrica, Doctor en Ingeniería Electrónica y Profesor de la Universidad de Talca.
Nuestro país vive en un contexto de escasez de energía que requiere de la interconexión de nuevos sistemas de generación. Un área donde la Universidad de Talca se encuentra trabajando a través del estudio de los convertidores de potencia.
Marco Rivera Abarca.

De acuerdo a la Estrategia Nacional de Energía propuesta por el Gobierno chileno durante el mes de marzo de 2012, el creciente desarrollo tecnológico en nuestro país ha llevado a una mayor demanda energética, siendo imprescindible la disponibilidad de energía eléctrica en las comunidades y los procesos industriales. Pero, como es bien conocido, Chile es el país sudamericano más pobre en materias primas para la generación eléctrica y, por lo tanto, posee altos costos de producción, afectando la productividad del país. A esto se suma la oposición social de las comunidades a la abertura de nuevas plantas de generación. Con esto, la Eficiencia Energética en los procesos industriales es un tópico relevante, así como también la penetración de las energías renovables a la red eléctrica.

En este escenario, los convertidores de potencia juegan un rol fundamental en el manejo de la energía eléctrica, ya que ellos permiten la interconexión entre los sistemas de generación y la red eléctrica. Por lo tanto, es deseable que estos sean capaces de aprovechar al máximo la energía eléctrica generada y que la entreguen al sistema con la mayor eficiencia posible.

Con el fin de estudiar nuevas configuraciones de convertidores, así como también nuevas técnicas de control que permitan un manejo efectivo de la energía eléctrica, el año 2012 se creó el Laboratorio de Conversión de Energías y Electrónica de Potencia (LCEEP) del Departamento de Tecnologías Industriales de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Talca, el cual está formado por los académicos Carlos Baier, Johan Guzmán, Javier Muñoz y Marco Rivera, los cuales realizan investigación relacionada con sistemas de conversión de energía eólica y solar, así como el control de convertidores matriciales, convertidores fuente de corriente y convertidores multinivel, entre otros.


Algunas propuestas

Una de las soluciones que se proponen actualmente para la interconexión de sistemas de generación a la red son los convertidores matriciales. Los convertidores comúnmente usados hoy en día incluyen elementos almacenadores de energía que adhieren peso, tamaño y posibilidades de falla al sistema. En tanto, los convertidores matriciales no poseen esos elementos y constituyen una alternativa flexible y eficiente para el manejo de la energía. Estos han sido ampliamente estudiados en aplicaciones específicas tales como militar, aeroespacial y sistemas de generación eólica, entre otras. Sin embargo, no han sido ampliamente estudiados en aplicaciones para la interconexión a la red de sistemas de generación. Se espera que sus características (circuito de potencia simple y compacto sin elementos almacenadores de energía; capacidad de flujo bidireccional; generación de voltajes de alta calidad con amplitud y frecuencia arbitrarias; generación de corrientes sinusoidales; y posibilidades de operación con factor de desplazamiento unitario) permitan sistemas más robustos, con menor tamaño y mejor desempeño comparado con las configuraciones tradicionales. En la construcción de este prototipo, participan alumnos de la carrera de Ingeniería en Mecatrónica de la Universidad de Talca y se están poniendo en marcha para evaluar su comportamiento ante diversas condiciones de la red.

Otra propuesta interesante que se está investigando son nuevas topologías de inversores denominados “convertidores en cascada fuentes de corriente”, así como diferentes esquemas de control, con el objeto de lograr una correcta inyección de energía proveniente desde paneles fotovoltaicos u otras fuentes de corriente directa (bancos de celdas de combustible o baterías) a la red de distribución. Esta tiene importancia desde el punto de vista de la confiabilidad de los sistemas, ya que los convertidores modulares en cascada propuestos tienen la gran ventaja de soportar fallas en uno o más de sus módulos y aún así seguir realizando la tarea de inyectar la energía disponible desde las unidades del sistema que no han presentado fallas, considerando, a su vez, una excelente calidad de suministro eléctrico.

Diciembre 2014
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