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2012 Dr. CARLOS GALLARDO Campus Universitario Edificio Ingenierìa Eléctrica Ladrón de Guevara E11-253 Quito-Ecuador Apartado 17-12-866 17-01-2759 Fax:

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1 2012 Dr. CARLOS GALLARDO Campus Universitario Edificio Ingenierìa Eléctrica Ladrón de Guevara E11-253 Quito-Ecuador Apartado 17-12-866 17-01-2759 Fax: (593-2) 567848 cgallard@ing.uc3m.es ESTABILIDAD DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA ANTE EL INGRESO MASIVO DE GENERACIÓN NO GESTIONABLE Dr. M.Sc Ing. Carlos Gallardo DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

2 2012 2Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" El problema. OPERACIÓN INEFICIENTE DE LA RED no flujo óptimo de potencia 5 7-P 3 f,v 1 2 4 6 Sistemas de Control no máxima transferencia de potencia

3 2012 3Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Normativa de conexión a la red. DISPOSITIVOS FACTS (Sistemas flexibles de transmisión de alterna) STATCOM-P-2 (Compensador estático síncrono) SVC-P-1 (Compensador estático de potencia reactiva) TCSC-S-1 (Capacidad en serie controlada por tiristores) V FP PaV Q Xc Vδ PQ - Capacidad de transferencia - Amortiguar oscilaciones - Seguridad en las conexiones Amortiguar oscilaciones de 1 Hz.

4 2012 4Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Normativa de conexión a la red. PSS ¿Punto de operación? Cargas Activas SMES-PQ (Unidad de almacenamiento de energía en superconductores magnéticos) HVDC (Transmisión de energía eléctrica en alta tensión y corriente continua) FP δ adición de una señal de modulación y control suplementario ¿Convertidores? Desarrollo tecnológico 1) Falta 2) Global

5 2012 5Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Objetivos. Fundamentos teóricos de estabilidad y punto de operación Analizar el impacto de la generación no gestionable sobre la estabilidad. 1 2 Aplicar un sistema de control en los parques para amortiguar oscilaciones. Aplicar el control al Sistema Peninsular Español. 34

6 2012 ESTABILIDAD Y AMORTIGUAMIENTO DE OSCILACIONES EN SISTEMAS ELÉCTRICOS CON ALTA PENETRACIÓN EÓLICA 1: Introducción. CONTENIDO 2: Fundamentos teóricos. 3: Estabilidad de pequeña señal de un sistema eléctrico con parques eólicos. 4: Estabilidad de sistemas eléctricos mediante estabilizadores eólicos. 5: Aplicación del estabilizador eólico al sistema Peninsular Español. 6: Estabilizadores de potencia. 7: Coherencia en sistemas interconectados AC.. 6Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

7 2012 7Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Clasificación de estabilidad. Clasificación de Estabilidad en Sistemas Eléctricos Estabilidad de Ángulo Estabilidad de Frecuencia Estabilidad Transitoria (Gran Señal) Corto Plazo Largo Plazo Estabilidad de Tensión ante grandes perturbaciones (Gran Señal) Corto Plazo Largo Plazo Estabilidad Oscilatoria (Pequeña Señal) Estabilidad de Tensión ante pequeñas perturbaciones (Pequeña Señal) Inestabilidad no oscilatoria Inestabilidad oscilatoria Estabilidad de Tensión Modos Entre áreas Modos Locales Modos entre Máquinas Modos de Control Modos de Torsión Estabilidad de Frecuencia (Gran Señal) ΔT e = K s Δδ + K D Δω r Osc. Crec Aum. 0.2 - 0.7 Hz. 0.8 - 1.8 Hz. Unidad Central 1.5 - 3.0 Hz. 10 - 46 Hz. >4 Hz. Normativa de Conexión (Grid Code)

8 2012 8Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Representación en espacio de estados. + ΣB ΔuΔu ΔxΔx + A C D + + Σ ΔyΔy Espacio de Estado Linealización

9 2012 9Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Representación en espacio de estados. Matriz de entradas ó controlabilidad nxr Matriz de salidas u observabilidad mxn Matriz de transmisión directa ó proalimentación mxr Cuál es el grado de estabilidad de los estados estacionarios? Det(sI-A) = 0Det(A-λI) = 0 Matriz de estados nxn

10 2012 10Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Autovalores y respuesta asociada. 1) ω = 0, σ < 0 Respuesta unidireccional amortiguada. 2) ω 0, σ < 0 Respuesta oscilatoria amortiguada. 3) ω 0, σ = 0 Respuesta oscilación de amplitud constante. 4) ω 0, σ > 0 Respuesta oscilatoria con oscilaciones crecientes sin límite. 5) ω = 0, σ > 0 Respuesta unidireccional monótonamente creciente. 1 1 2 3 5 4 5 Centro Nodo Estable Foco Estable Punto Silla Nodo Inestable Foco Inestable

11 2012 11Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Autovectores y matrices modales. Mide Actividad Pesa Contribución Participación Relativa Sensitividad a la retroal. C afecta. O informa. Autovectores derecho e izquierdo Factor de Participación Análisis de Residuos f=1.087 f=0.545 ξ=0.072 ξ=0.032 f=1.117 ξ=0.072 Residuo Modo Controlable Modo Observable

12 2012 Modos de oscilación. 12Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Modo de oscilación entre áreas Modo de oscilación local Modo de oscilación de torsión

13 2012 ESTABILIDAD Y AMORTIGUAMIENTO DE OSCILACIONES EN SISTEMAS ELÉCTRICOS CON ALTA PENETRACIÓN EÓLICA 1: Introducción. CONTENIDO 2: Fundamentos teóricos. 3: Estabilidad de pequeña señal de un sistema eléctrico con parques eólicos. 4: Estabilidad de sistemas eléctricos mediante estabilizadores eólicos. 5: Aplicación del estabilizador eólico al sistema Peninsular Español. 6: Estabilizadores de potencia. 7: Coherencia en sistemas interconectados AC.. 13Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

14 2012 14Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Aplicación al sistema de 39 nudos de New England. Parque Eólico 250 MW (167 aerogeneradores 1.5 MW) Red 345 kV (Noroeste de EEUU) 20 Cargas Estáticas 12% carga del sistema 5%

15 2012 15Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Modelo de parque eólico. Aerogeneradores asíncronos de doble alimentación Aerogeneradores síncronos de accionamiento directo Ec Ecua Lim vel. palas PvsV w I,f,V Huecos de tensión FP y V

16 2012 16Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Efecto de los parques eólicos.

17 2012 17Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Autovalores del sistema New England con parques eólicos, para cuatro condiciones de carga. Modo poco amortiguado Modo inestable λ = -0.211+j1.1744 f=0.18691 Hz. ξ= 0.017954

18 2012 18Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Autovalores del sistema New England con parques eólicos, condición inestable. Modo inestable f = 0.35372

19 2012 19Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Actuación sobre el despacho de carga, generador FP medio. FP = 0.0878 65.73% f=0.3817 ξ = 0.0038 50 100 200 400

20 2012 20Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Actuación sobre el despacho de carga, generador FP alto. FP = 0.3658 17.84% f=0.3277 Hz. ξ=0.07522 50

21 2012 21Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Actuación sobre los parques eólicos. 80.0% f=0.3537 Hz. ξ=0.1637 50100 200 250

22 2012 ESTABILIDAD Y AMORTIGUAMIENTO DE OSCILACIONES EN SISTEMAS ELÉCTRICOS CON ALTA PENETRACIÓN EÓLICA 1: Introducción. CONTENIDO 2: Fundamentos teóricos. 3: Estabilidad de pequeña señal de un sistema eléctrico con parques eólicos. 4: Estabilidad de sistemas eléctricos mediante estabilizadores eólicos. 5: Aplicación del estabilizador eólico al sistema Peninsular Español. 6: Estabilizadores de potencia. 7: Coherencia en sistemas interconectados AC.. 22Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

23 2012 23Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Descripción del estabilizador eólico de sistemas eléctricos. PSS desacoplamiento entre par y velocidad rapidez de control del par A New England Análisis Peninsular Práctico

24 2012 24Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Análisis de pequeñas señal con estabilizadores eólicos. 1.Caso amortiguado. 2.Caso poco amortiguado. Pequeña señal Autovalores Gran señal Perturbaciones

25 2012 25Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Análisis de pequeñas señal con estabilizadores eólicos.

26 2012 26Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Estudio de estabilidad transitoria con estabilizadores eólicos. 1.Caso amortiguado. 2.Caso poco amortiguado. Intensidades grandes, Aceleración de los generadores, Pérdida de elementos del sistema

27 2012 27Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Estudio de estabilidad transitoria. Falta en el nudo 4 - Caso amortiguado 1 Topología de la red igual 150 ms

28 2012 28Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Falta en el nudo 4, caso amortiguado sin estabilizadores eólicos. Potencia de salida en los parques eólicos P ref independiente de las condiciones de red Coincide ΔV

29 2012 29Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Falta en el nudo 4, caso amortiguado sin estabilizadores eólicos. Tensión de salida en los parques eólicos

30 2012 30Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Falta en el nudo 4, caso amortiguado con estabilizadores eólicos. G = 0 G = 30 G = 60 G = 120 Potencia de salida en los parques eólicos P=f(K w ) >K w >ξ >Kw>Osc Ec rotor

31 2012 31Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Falta en el nudo 4, caso amortiguado con estabilizadores eólicos. G = 0 G = 30 G = 60 G = 120 Tensión de salida en los parques eólicos

32 2012 32Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Falta en el nudo 4, caso amortiguado con estabilizadores eólicos. G=0 G=30 G=60 G=120 Flujo de potencia entre áreas >K w >ξ K=0 G 1 otra área T=2.1 seg. f = 0.48 Hz.

33 2012 33Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Descomposición modal. Mínimos cuadrados Prony Cuantificar amortiguamiento antes y después (PSS) Términos exponenciales y sinusoidales amortiguados Operador diferencial Coeficientes desconocidos A Respuestas transitorias estabilizan en el t Solución apropiada: SE conducido por fuerzas osc. cont Combina comportamiento transitorio y periódico -Error de observación aleator. -Errores Gaussianos -Estiman parámetros min Err2

34 2012 34Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Descomposición modal flujo de potencia entre áreas. G = 0 G = 30 G = 60 G = 120 Oscilaciones de potencia para diferentes ganancias Componente fundamental

35 2012 35Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Estudio de estabilidad transitoria. Falta en el nudo 4 - Caso poco amortiguado 2 Topología de la red igual 150 ms

36 2012 36Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" Falta en el nudo 4, caso poco amortiguado con estabilizadores eólicos. G=0 G=30 G=60 G=120 Flujo de potencia entre áreas Inestable4s G>60Estable

37 2012 ESTABILIDAD Y AMORTIGUAMIENTO DE OSCILACIONES EN SISTEMAS ELÉCTRICOS CON ALTA PENETRACIÓN EÓLICA 1: Introducción. CONTENIDO 2: Fundamentos teóricos. 3: Estabilidad de pequeña señal de un sistema eléctrico con parques eólicos. 4: Estabilidad de sistemas eléctricos mediante estabilizadores eólicos. 5: Aplicación del estabilizador eólico al sistema Peninsular Español. 6: Estabilizadores de potencia. 7: Coherencia en sistemas interconectados AC.. 37Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

38 2012 38 Sistema Peninsular Español. 11.5% Demanda Elevada capacidad de generación eólica Reducida capacidad 3.5% Capacidad de generación Media Europea Cumbre Barcelona 2002 Protecciones desconectan Oscilaciones clave para estabilidad de interconexión UCTE Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

39 2012 39 Aplicación del estabilizador eólico al sistema Peninsular Español. Punta- invierno 2011 línea de doble circuito por Gerona. Importación inicial de potencia desde Francia asciende 1500 MW. 20000 MW EÓLICOS INSTALADOS REPARTO HOMOGENEO DE VIENTO GENERAN 80% DE LA POTENCIA INSTALADA 75%25% V<85% Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

40 2012 40 Cortocircuito en la zona del Levante. G=0 Nudo: 400 kV 577MW 20 PE G=8 G=32 Flujo de potencia entre áreas Francia-España Protección de mínima tensión Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

41 2012 41 Cortocircuito en la zona del Levante. G=32 Producción de 5 parques eólicos ΔPp Caída de tensión Limitación de la corriente en los convertidores 5 zonas del Sistema Peninsular Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

42 2012 42 Cortocircuito en la zona Central. 400 kV 1119 MW 45 PE G=0 G=8 G=32 Flujo de potencia entre áreas Francia-España Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

43 2012 43 Cortocircuito en la zona Central. G=32 Producción de 5 parques eólicos Resultados satisfactorios Los parques pueden amortiguar Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

44 2012 Dr. CARLOS GALLARDO Campus Universitario Edificio Ingenierìa Eléctrica Ladrón de Guevara E11-253 Quito-Ecuador Apartado 17-12-866 17-01-2759 Fax: (593-2) 567848 cgallard@ing.uc3m.es ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL f – Conexiones fuertes Generación distribuida Normativa de conexión (Grid Code) v – FACTS Normativa de Conexión (Grid Code) δ adición de una señal de modulación y control suplementario


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