Este documento presenta un modelo de simulación para un generador síncrono virtual basado en voltaje (VSG) operando en modo isla, que integra control de doble bucle voltaje-corriente, bucles externos para gestión de potencia activa y reactiva, e implementación de impedancia virtual. El modelo está diseñado para aplicaciones de simulación en entornos como MATLAB, con un enfoque en la transición robusta entre modos isla y conexión a red mediante sincronización previa.

La arquitectura del sistema se divide en módulos clave: un inversor trifásico, un controlador VSG y un bloque de sincronización previa. El algoritmo VSG emula la dinámica mecánica de un generador síncrono, utilizando ecuaciones de movimiento rotacional para regular la frecuencia y el ángulo de fase.

El núcleo del control VSG se implementa mediante la siguiente función, que calcula la evolución de la frecuencia angular y el ángulo de fase basándose en el balance de potencia:

function [freq_angular, phase_angle] = rotor_dynamics(power_ref, power_meas, inertia_coeff, damping_coeff, nominal_freq, time_step)
    power_error = power_ref - power_meas;
    freq_variation = (power_error - damping_coeff * (freq_angular - nominal_freq)) / inertia_coeff * time_step;
    freq_angular = freq_angular + freq_variation;
    phase_angle = phase_angle + freq_angular * time_step;
end

Aquí, la constante de inercia virtual (inertia_coeff) influye en la respuesta temporal, miantras que el coeficiente de amortiguamiento (damping_coeff) estabiliza las fluctuaciones de frecuencia.

El control de doble bucle voltaje-corriente se estructura con un lazo interno para corriente y uno externo para voltaje. En modo isla, el voltaje de referencia se establece directamente, pero al conectarse a red, se aplica un control de caída voltaje-reactivo. Esta conmutación se gestiona mediante lógica condicional:

if modo_conectado_red
    voltaje_ref = voltaje_nominal + ganancia_q * (reactiva_ref - reactiva_medida);
else
    voltaje_ref = voltaje_modo_isla;
end

La ganancia_q debe calibrarse cuidadosamente para evitar oscilaciones de voltaje; valores típicos rondan 0.1 a 0.3.

Para la sincronizcaión previa durante la transición a red, se emplea un lazo de enganche de fase (PLL) con parámetros ajustados. La configuración recomendada incluye un ancho de banda liimtado y una relación de amortiguamiento moderada:

pll.ancho_banda = 2 * pi * 5;  % 5 Hz
pll.rel_amortiguamiento = 0.7;

El objetivo es minimizar la diferencia de fase inferior a 5 grados antes de la conmutación, lo que reduce corrientes transitorias.

La impedancia virtual se añade mediante compensación en el sistema de coordenadas dq, desacoplando las componentes de voltaje y corriente:

voltaje_comp_d = resistencia_v * corriente_d - inductancia_v * freq_angular * corriente_q;
voltaje_comp_q = resistencia_v * corriente_q + inductancia_v * freq_angular * corriente_d;

La inductancia_v debe mantenerse por debajo de 2 mH para evitar distorsión por saturación en el modulador PWM, dejando margen de voltaje suficiente.

En la integración del modelo completo, es crucial monitorear las corrientes de impacto al sincronizar con la red. Problemas comunes incluyen armónicos de segundo orden, a menudo resueltos reemplazando integradores con sesgo por integradores generalizados de segundo orden (SOGI) en el PLL. Para depuración inicial, se recomienda operar sin sincronización previa usando conmutadores ideales, validando primero el control básico antes de activar todos los módulos.