¿Cuáles son los modos de funcionamiento del PCS?

Análisis técnico en profundidad de los cuatro modos de control del PCS

PQ · VF · VSG · GFL conectado a la red · GFM formador de red

1 Resumen general

1.1 Comparación esencial

Regla mnemotécnica: el GFL se apoya en el PLL, el GFM se apoya en lo virtual; con red fuerte, GFL; con red débil, GFM.

2 ¿Por qué el PCS necesita una "identidad múltiple"?

La situación incómoda del PCS de almacenamiento: ¿el "control" a quién obedece?

• Obedece a la red → empleado (PQ)
• Obedece a sí mismo → jefe (VF)
• Se disfraza del jefe más fuerte → VSG

2 Modo PQ (el empleado)

"Jefe (la red) dice cuánta potencia, yo entrego exactamente esa potencia"

2.1 Arquitectura de control

El modo PQ adopta la clásica estructura de "doble lazo cerrado + PLL": lazo externo de potencia + lazo interno de corriente + lazo de enganche de fase (PLL). El PLL es clave: sin él no puede funcionar.

2.2 La debilidad fatal del PLL

2.3 Escenarios aplicables

✅ Conexión a red fuerte (SCR > 3), respuesta a调度 AGC/AVC, recorte de picos y llenado de valles ❌ No apto para redes débiles ni arranque en negro

3 Modo VF (el jefe)

"¿Se cayó la red? No importa, ¡yo me encargo de ser el jefe!"

3.1 Arquitectura de control

El modo VF no tiene PLL y utiliza directamente una referencia interna (U = 400 V, f = 50 Hz) como fuente de tensión. Lazo externo de tensión + lazo interno de corriente, logrando tensión y frecuencia constantes.

3.2 Paralelo de múltiples unidades: control droop

Varios PCS solo necesitan comunicarse entre sí para repartirse automáticamente la potencia. Principio: más entrega → baja un poco la frecuencia/tensión → se equilibra automáticamente.

Principio de ajuste: el coeficiente de droop de todos los PCS multiplicado por su capacidad nominal debe ser igual → solo así se reparte la potencia uniformemente.

3.3 Restraintes duras del VF

• Carga < capacidad del PCS (si no, la tensión colapsa)
• Corriente de cortocircuito solo 1,2~1,5 veces (sin inercia)
• Frecuencia fija (sin regulador de velocidad)
• Poca robustez frente a cargas de impacto (sistema de segundo orden sin amortiguamiento)

3.4 Escenarios aplicables

✅ Microrred en isla, arranque en negro, modo UPS, conmutación maestro-esclavo entre múltiples PCS ❌ No apto para escenarios que requieren soporte de inercia

4 VSG Generador Síncrono Virtual (el jefe sereno)

"¡Me hago pasar por un generador síncrono real, con inercia!"

4.1 Idea central

El VSG lleva internamente un volante de inercia virtual que simula el movimiento del rotor de un generador síncrono, haciendo que el PCS se comporte como un generador de verdad.

4.2 Modelo matemático completo

(1) Ecuación de movimiento del rotor (núcleo): J multiplicado por la aceleración angular = par mecánico − par electromagnético − amortiguamiento × desviación de frecuencia

(2) Impedancia virtual: fuerza electromotriz = tensión en terminales + impedancia virtual × corriente

(3) Regulación de excitación: fuerza electromotriz = valor inicial + coeficiente de droop reactivo × (Q_ref − Q)

(4) Regulador de velocidad: par mecánico = valor inicial + coeficiente de droop activo × (P_ref − P)

4.3 Influencia de los parámetros J / D / X_s

4.4 Comparación de respuesta en frecuencia

• 🔴 VF: ante un escalón de carga cae de golpe a 49,5 Hz, pudiendo disparar protecciones
• 🟢 VSG: cae suavemente hasta 49,8 Hz, durante unos 0,5 s, recuperándose de forma estable

El "bajar despacio y volver" del VSG da tiempo de reacción a los equipos de la red: ese es el valor de la inercia.

4.5 Reglas de oro para el ajuste

1. J no mayor que la inercia equivalente del sistema — si no, la respuesta en frecuencia es demasiado lenta
2. D mayor que J × velocidad angular — si no, oscilación subamortiguada ⚠️
3. X_s debe coincidir con la impedancia de red — si no, acoplamiento de potencia
4. Los J/D de todos los GFM deben coordinarse — si no, circulaciones de potencia entre unidades en paralelo
5. Coeficientes de droop de frecuencia uniformes en toda la red — si no,争夺 de potencia

4.6 Escenarios aplicables

✅ Conexión a red débil (SCR < 2), zonas con alta penetración de renovables, arranque en negro, microrred en isla, regulación de frecuencia y pico

5 Formador de red vs conectado a la red

5.1 Tendencia de evolución del sistema

En la era de las renovables hay cada vez más inversores GFL, y la red se vuelve cada vez más frágil. El almacenamiento formador de red es la solución.

5.2 Comparación esencial

5.3 Fuerza de la red SCR y modo de control

6 Tabla rápida de terminología