Regulación de frecuencia en sistemas de potencia mediante la Integración de TCSC y enlaces híbridos AC/DC

Abstract

The continuous growth of electricity demand and the increasing integration of renewable generation impose greater challenges on load–frequency regulation in multi-area power systems. Operational variability and imbalances between generation and demand directly affect frequency stability, which constitutes a fundamental indicator of the system’s dynamic state. In this thesis, the impact of incorporating a thyristor-controlled series compensator and a hybrid high-voltage direct current link, integrated as supplementary actuators within an automatic generation control scheme based on the area control error and proportional–integral controllers, is analyzed. The mathematical modeling of each technology and its integration within the control loop were developed, evaluating their performance in a symmetric two-area thermal system. The tests were carried out considering 10% and 20% step load perturbations in the areas, with the objective of analyzing the system’s dynamic response. A comparative analysis with the conventional scheme is conducted, and the inclusion of powerelectronics- based devices allows improving the system’s recovery capability following a disturbance. Likewise, it was observed that the performance depends on the type of technology employed. The coordinated implementation of devices such as the thyristor-controlled series compensator and the hybrid high-voltage direct current link within the load–frequency regulation scheme seeks to increase multi-area dynamic robustness under scenarios of high operational variability by strengthening the system’s damping capability and improving the dynamic response to load disturbances.

El crecimiento continuo de la demanda eléctrica y la creciente integración de generación renovable imponen mayores desafíos en la regulación carga–frecuencia de sistemas eléctricos multiárea. La variabilidad operativa y los desbalances entre generación y demanda afectan directamente la estabilidad de frecuencia, la cual constituye un indicador fundamental del estado dinámico del sistema. En esta tesis se analiza el impacto de la incorporación de un compensador serie controlado por tiristores y de un enlace híbrido de corriente directa de alta tensión, integrados como actuadores suplementarios dentro de un esquema de control automático de generación basado en el error de control de área y controladores proporcional-integral. Se desarrolló el modelado matemático de cada tecnología y su integración dentro del lazo de control, evaluando su desempeño en un sistema térmico simétrico de dos áreas. Las pruebas se realizaron considerando perturbaciones de carga tipo escalón del 10% y 20% en las áreas, con el objetivo de analizar la respuesta dinámica del sistema. Se analiza la comparativa con el esquema convencional y la inclusión de dispositivos basados en electrónica de potencia permite mejorar la capacidad de recuperación del sistema ante una perturbación. Asimismo, se observó que el desempeño depende del tipo de tecnología empleada. La implementación coordinada de dispositivos como el compensador serie controlado por tiristores y el enlace híbrido de corriente directa de alta tensión dentro del esquema de regulación carga–frecuencia procura incrementar la robustez dinámica multiárea frente a escenarios de alta variabilidad operativa, al fortalecer la capacidad de amortiguamiento del sistema y mejorar la respuesta dinámica ante perturbaciones de carga.