De dónde vienen la inercia virtual y el amortiguamiento: entender VSG con la ecuación de oscilación
Summary: VSG no es una rampa deliberadamente lenta añadida a un inversor, sino un generador sincrónico simulado dentro de un controlador digital. La inercia virtual corresponde a la inercia del rotor, el amortiguamiento virtual a los devanados amortiguadores, el droop potencia-frecuencia al regulador y el droop reactiva-tensión al regulador de excitación. Con ese mapa, la velocidad de cambio de frecuencia y el tiempo de recuperación ante un escalón de carga se vuelven legibles.
VSG no es una rampa deliberadamente lenta añadida a un inversor, sino un generador sincrónico simulado dentro de un controlador digital. La inercia virtual corresponde a la inercia del rotor, el amortiguamiento virtual a los devanados amortiguadores, el droop potencia-frecuencia al regulador y el droop reactiva-tensión al regulador de excitación. Con ese mapa, la velocidad de cambio de frecuencia y el tiempo de recuperación ante un escalón de carga se vuelven legibles.
Qué hace una máquina sincrónica
Un generador convencional almacena energía cinética en el rotor. Ante un aumento brusco de carga, el rotor libera energía y frena la caída de frecuencia: eso es inercia. Después el regulador y los devanados amortiguadores ajustan la potencia para recuperar frecuencia: eso es amortiguamiento. Un inversor grid-forming reproduce por software la ecuación de oscilación del rotor y entrega respuesta inercial frente a escalones de carga o variaciones de frecuencia, en lugar de permanecer indiferente como un grid-following o amplificar la perturbación por la dinámica del PLL.
De FOC a VSG
La biblioteca técnica usa como analogía el control orientado a campo de máquinas de imanes permanentes: transformación d-q, ecuación de movimiento, ecuación de par y ecuación de flujo describen la misma máquina en sentido inverso, pues al arrastrarla con un par externo se convierte en generador. Al llevar ese modelo al inversor, la inercia virtual corresponde al momento de inercia J, el amortiguamiento virtual a los devanados amortiguadores, el droop P-f al regulador de velocidad y el droop Q-V al regulador de excitación. Los parámetros VSG no son constantes empíricas arbitrarias, sino magnitudes con contrapartida física explícita.
Cómo verificarlo en campo
Aplique escalones de carga y registre el nadir de frecuencia, la velocidad de cambio de frecuencia y el tiempo de recuperación, comparando distintos ajustes de inercia virtual. Compruebe además que los modos PQ, VF, droop y VSG soportados coinciden con la estrategia del EMS. Atención al compromiso: más inercia suaviza la excursión de frecuencia pero retrasa la respuesta de potencia y exige más reserva de energía en DC, por lo que debe coordinarse con la ventana de SOC de la batería y la curva de sobrecarga del PCS de 1.1x continua, 1.25x durante 60 s y 1.5x durante 100 ms.
Preguntas frecuentes
La inercia virtual crea energía de la nada?
No. La respuesta inercial descarga energía almacenada en la batería del lado DC; la ley de control solo da forma inercial a la respuesta de potencia. Potencia de batería y ventana de SOC deben sostener ese intervalo.
Si droop ya reparte potencia, para qué VSG?
Droop resuelve sobre todo el reparto estacionario. VSG añade inercia y amortiguamiento transitorios configurables, con una trayectoria de frecuencia más predecible ante escalones de carga, paralelo con generadores y perturbaciones de red débil.
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No. La respuesta inercial descarga energía almacenada en la batería del lado DC; la ley de control solo da forma inercial a la respuesta de potencia. Potencia de batería y ventana de SOC deben sostener ese intervalo.
Si droop ya reparte potencia, para qué VSG?
Droop resuelve sobre todo el reparto estacionario. VSG añade inercia y amortiguamiento transitorios configurables, con una trayectoria de frecuencia más predecible ante escalones de carga, paralelo con generadores y perturbaciones de red débil.
