Estudio y análisis de huecos de tensión en inversores solares mediante ensayos y desarrollo de una herramienta de procesamiento en Python

Abstract

Este Trabajo Fin de Estudios presenta el estudio y análisis del comportamiento de un inversor fotovoltaico frente a huecos de tensión, mediante la realización de ensayos experimentales en laboratorio y el desarrollo de una herramienta de procesamiento de datos en Python. El objetivo principal del trabajo es evaluar la respuesta del inversor ante eventos de Low Voltage Ride Through (LVRT), de acuerdo con la normativa alemana FGW TG3 Rev.26, y verificar su conformidad utilizando los criterios de aceptación definidos en la VDE-AR-N 4110. Para lograr el objetivo, se ha realizado un ensayo de hueco de tensión asimétrico en un laboratorio de ensayos, utilizando una fuente de corriente alterna programable, una fuente de corriente continua, un sistema de adquisición de datos de alta frecuencia de muestreo y transductores de corriente. Las señales trifásicas de tensión y corriente registradas durante el ensayo se han procesado mediante el software DewesoftX, que ha servido tanto como herramienta de adquisición como referencia para la verificación de resultados. Paralelamente, se ha desarrollado una herramienta de análisis en Python capaz de cargar los datos de las formas de onda exportadas, detectar automáticamente los instantes característicos del hueco de tensión, calcular las magnitudes eléctricas relevantes y evaluar la respuesta dinámica del inversor. Para garantizar una correcta sincronización durante huecos asimétricos, se ha implementado un DDSRF-PLL, que permite separar las secuencias positiva y negativa y mejorar la robustez del análisis sin perder la sincronización con la red. Asimismo, se ha desarrollado un generador automático de informes en formato PDF, que presenta los resultados de forma estructurada y conforme a los requisitos de la normativa. Los resultados obtenidos con el script han sido comparados con los calculados por DewesoftX, donde se puede observar una buena concordancia en la mayoría de los parámetros analizados. Esta comparación ha permitido validar la fiabilidad de la herramienta desarrollada y detectar posibles mejoras en los algoritmos de cálculo. Finalmente, se ha verificado el cumplimiento del factor k, concluyendo que, bajo las condiciones del ensayo realizado, el inversor no cumple los requisitos establecidos por la VDE-AR-N 4110, por lo que sería necesario repetir el ensayo o ajustar los parámetros de control. El proyecto demuestra que la herramienta desarrollada para el análisis de ensayos LVRT es válida y es posible su potencial aplicación en entornos de laboratorio de ensayos.

This Final Degree Project presents the study and analysis of the behavior of a photovoltaic inverter under voltage dips, through experimental laboratory testing and the development of a data processing tool in Python. The main objective of the work is to evaluate the inverter response during Low Voltage Ride Through (LVRT) events, in accordance with the German guideline FGW TG3 Rev.26, and to verify its compliance using the acceptance criteria defined in VDE-AR-N 4110. To achieve this objective, an asymmetric voltage dip test was carried out in a testing laboratory using a programmable four-quadrant AC power source, a DC power supply, a high-sampling-rate data acquisition system, and current transducers. The three-phase voltage and current signals recorded during the test were processed using DewesoftX software, which was employed both as a data acquisition tool and as a reference for result verification. A Python-based analysis tool was developed to load the experimental data, automatically detect the characteristic time instants of the voltage dip, compute the relevant electrical quantities, and evaluate the dynamic response of the inverter. To ensure reliable synchronization under asymmetric voltage dips, a DDSRF-PLL was implemented, allowing a proper separation of positive and negative sequence components and improving the robustness of the analysis. Additionally, an automatic report generator was developed to produce structured PDF reports in compliance with the documentation requirements of the applicable standards. The results obtained with the developed script were compared with those calculated by DewesoftX, showing good agreement for most of the analyzed parameters. This comparison validated the reliability of the proposed tool and helped identify areas for further improvement. Finally, the compliance of the factor k was evaluated, leading to the conclusion that, under the tested conditions, the inverter does not meet the requirements established by VDE-AR-N 4110, indicating the need to repeat the test or adjust the inverter control parameters. Overall, the work demonstrates that the developed tool is suitable for the analysis of LVRT tests and represents a solid basis for future applications in laboratory environments.