hola

jajajajajajajajajajajajajajajaja Análisis general de la respuesta estacionaria de la red eléctrica con generación eólica “Diseño robusto de controladores de tensión de parque” Endika Amunarriz Ollokiegi Máster en energías renovables: Generación eléctrica Tutor: Dr Oscar Alonso Sadaba 26-02-2015

ÍNDICE 1-INTRODUCCIÓN 2. ANÁLISIS DEL CIRCUITO DE POTENCIA RED-PARQUE -INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS -CONTROL DE TENSIÓN DE PARQUES EÓLICOS 2. ANÁLISIS DEL CIRCUITO DE POTENCIA RED-PARQUE -OBTENCIÓN DE LAS ECUACIONES MATEMÁTICAS -RESTRICCIONES : ZONAS PROHIBIDAS 3. PLANTA DEL SISTEMA -CARACTERIZACIÓN DE LA PLANTA DEL SISTEMA (ΔK) -VARIACIONES DE PLANTA 4. AJUSTE ROBUSTO DEL CONTROL DE TENSIÓN -DISEÑO DE LAZO DE CONTROL -PROPUESTA DE TÉCNICA PARA EL CÁLCULO DE KP Y KI -AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO EN EXCEL 5.EJEMPLO: VALIDACIÓN EN PSIM -SITUACIÓN DE RED NORMAL -SITUACIÓN DE RED EXTREMA 6. CONCLUSIONES y LÍNEAS FUTURAS ÍNDICE

-2% of the wind power capacity installed in the world INTRODUCCIÓN Introducción ObjetivosTFM: -2% of the wind power capacity installed in the world Mas de 7000MW instalados. -Problemas: - Redes debiles -Codigos de red -La empresa no tiene una metodologia firme. -Estudio de Siemens -Caracterizar las redes electricas -Observar las variaciones de planta -Proponer una tecnica de ajuste robusto de control. 1

-2% of the wind power capacity installed in the world INTRODUCCIÓN Introducción ObjetivosTFM: -2% of the wind power capacity installed in the world Más de 7000MW instalados. -Problemas: - Redes débiles -Códigos de red -La empresa no tiene una metodología firme. -Estudio de Siemens. -Caracterización de las redes eléctricas -Analizar las variaciones de planta -Proponer una técnica de ajuste robusto de control. 1

INTRODUCCIÓN Circuito de potencia Circuito de control 2

Control de tensión en régimen permanente INTRODUCCIÓN Circuito de potencia Circuito de control CECOER RETRASOS: CONTROL CENTRAL DE PARQUE→PLC AEROGENERADOR→CONVERTIDOR DE POTENCIA etc. 2 Control de tensión en régimen permanente

Red (Scc, xrr): Trafo (Ucc, xrr): hola ANÁLISIS DEL CIRCUITO DE POTENCIA RED-PARQUE Obtención de las ecuaciones matemáticas Caracterización de las variables Modelo analítico del equivalente Thevenin (monofasico): Red (Scc, xrr): Mediante la transformación de Park., las ecuaciones de reescriben como: Trafo (Ucc, xrr): Vmd=(Vred)d + (Rred+Rtrafo).id – (Xred+Xtrafo).iq Vmq=(Vred)q + (Rred+Rtrafo).iq – (Xred+Xtrafo).id Vpd=(Vred)d + Rred.id –Xred.iq Vpq=(Vred)q + Rred.iq+Xred.id P=3*(Vmd.id + Vmq.iq) Q=3*(Vmq.id- Vmd.iq) Ucc: “Transformadores de potencia Norma Española UNE-EN 60076-5. Xrr: From ANSI Standard C37. 010 3

En las condiciones: Ured=1pu, P=1pu ANÁLISIS DEL CIRCUITO DE POTENCIA RED-PARQUE Restricciones: zonas prohibidas Resolución: En las condiciones: Ured=1pu, P=1pu Barremos casos de red → Grafica 4

ANÁLISIS DEL CIRCUITO DE POTENCIA RED-PARQUE Restricciones: zonas prohibidas 5 [1]. Asiain, J Mªa H.,2013. TFM “Inyección de potencia reactiva en redes débiles”.

Comportamiento atípico: ANÁLISIS DEL CIRCUITO DE POTENCIA RED-PARQUE Restricciones: zonas prohibidas Situación normal Comportamiento atípico: Tiende al colapso de la tensión → Mecanismo: La maquina AW entra en modo hueco 6

Ejemplo : Parque eólico de Tatanka (EEUU) 120 x AW1500 ANÁLISIS DEL CIRCUITO DE POTENCIA RED-PARQUE Restricciones: zonas prohibidas Ejemplo : Parque eólico de Tatanka (EEUU) 120 x AW1500 Potencia de salida limitada: Situación: -Se abre una tercera línea: Zred↑ 7

En torno a cinco puntos representativos de Q PLANTA DEL SISTEMA Caracterización de la planta (ΔK) (P,Q) → planta (Scr=5, xrr red=10, Ucc, xrr trafo, Ured) → Up Q id iq Vpd Vpq Up (rms) ΔK 600000 -5,49533884 140,901961 -1254,55323 7004,399 12325,0366   500000 -10,4363387 140,888988 -1258,82041 6960,56507 12251,6238 0,74042172 400000 -15,4621129 140,867538 -1263,0876 6915,97175 12176,9523 300000 -20,5771826 140,837159 -1267,35479 6870,57853 12100,955 200000 -25,7864867 140,797356 -1271,62198 6824,34118 12023,5587 100000 -31,0954376 140,747588 -1275,88917 6777,2112 11944,6831 -36,5099877 140,687261 -1280,15635 6729,13529 11864,2398 0,81275882 -100000 -42,0367077 140,615716 -1284,42354 6680,05458 11782,1313 -200000 -47,6828807 140,532227 -1288,69073 6629,90383 11698,2497 -300000 -53,4566149 140,435981 -1292,95792 6578,6104 11612,4745 -400000 -59,3669815 140,326072 -1297,2251 6526,09305 11524,6714 -500000 -65,424182 140,201479 -1301,49229 6472,26038 11434,6889 0,91157725 -600000 -71,6397565 140,061049 -1305,75948 6417,00903 11342,3559 En torno a cinco puntos representativos de Q 8

Tablas ΔK PLANTA DEL SISTEMA Análisis de sensibilidad de planta 9 1MVAr 0,5MVAr 0MVAr -0,5MVAr -1MVAr 9 (ΔK menor → menos afecta a la tensión Up las variaciones del aerogenerador)

Por la característica de la red: PLANTA DEL SISTEMA Análisis de sensibilidad de planta Por la característica de la red: -Menor xrr→ menos afecta a la Up la Q consumida o generada -Mayor Scr → menos capacidad para mover su tensión. Por la potencia reactiva (Q) en el punto de trabajo -La parte inductiva es mas sensible a las variaciones de Q. Por el valor instantáneo de la tensión de la red -Si se parte de una Ured menor (las variaciones de Q afectan mas a Up) Zonas no factibles (prohibidas) Redes muy resistivas 10

Parámetros mas influyentes: ΔK TD hola AJUSTE ROBUSTO DEL CONTROL DE TENSIÓN Diseño del lazo de control Datos τ fil 0,01 τ ep 0,075 TD(tot.)≈ 0,8 MF(º) 40 Fc(hz) 0,2 Fase: Parámetros mas influyentes: ΔK TD Modulo: 11 (Mf,wc) → lazo (ΔK, TD, τfil, τep) → Ki, Kp

Análisis de sensibilidad de planta ΔK -conclusiones AJUSTE ROBUSTO DEL CONTROL DE TENSIÓN Propuesta de técnica para el cálculo de Kp y Ki ∞ΔK →∞ Kp, Ki Herramienta para el calculo del PI Análisis de sensibilidad de planta ΔK -conclusiones KI, KP ÚNICOS Y DEFINITIVOS (válidos para todas las situaciones) AJUSTE ROBUSTO DE CONTROL DE TENSIÓN 12

Proceso inverso de calculo AJUSTE ROBUSTO DEL CONTROL DE TENSIÓN Propuesta de técnica para el calculo de Kp y Ki Proceso inverso de calculo ΔK diseño 13

Hoja Excel AJUSTE ROBUSTO DEL CONTROL DE TENSIÓN Automatización del proceso en Excel Hoja Excel 14

Hoja de resultados: AJUSTE ROBUSTO DEL CONTROL DE TENSIÓN Automatización del proceso en Excel Hoja de resultados: 15

1-Estable en cualquier situación de red Especificaciones: 1-Estable en cualquier situación de red 2- La respuesta dinámica debe alcanzar el 90% de la respuesta estacionaria en 5 segundos. EJEMPLO REPRESENTATIVO: VALIDACIÓN EN PSIM -Un parque eólico de 33MVA -Red normal: Scc=165MVA, xrr=10, Ured =66kV. /Red extrema: Scc de 100MVA, xrr=5. -Modelo PSIM de Acciona Windpower. -Datos de control 16

EJEMPLO REPRESENTATIVO: VALIDACIÓN EN PSIM 17

Variación del 2% de la Upref (t=10s): EJEMPLO REPRESENTATIVO: VALIDACIÓN EN PSIM Situación de red normal Variación del 2% de la Upref (t=10s): Inicio: Up=12000V, Q=0,3MVAr en t=10s: Up=12240V, Q=0,6MVAr 18

Variación de Zred ( Scr=5, xrr=10 → Scr=3, xrr=5 ) en t=10s. EJEMPLO REPRESENTATIVO: VALIDACIÓN EN PSIM Situación de red extrema Variación de Zred ( Scr=5, xrr=10 → Scr=3, xrr=5 ) en t=10s. 19

Variación de Zred (Scr=5, xrr=10 → Scr=3, xrr=5) en t=10s. EJEMPLO REPRESENTATIVO: VALIDACIÓN EN PSIM Situación de red extrema Variación de Zred (Scr=5, xrr=10 → Scr=3, xrr=5) en t=10s. 20

Propuesta robusta de técnica de ajuste de control CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS Propuesta robusta de técnica de ajuste de control Variaciones de la tensión de red (Ured) - ± 5% Variaciones en la potencia reactiva (Q) - cubre todo el rango Variaciones en la potencia activa (P) - cubre todo el rango Variaciones de la impedancia de red (Zred) - Scr red y xrr red. Redes de menor Scr: estabilidad mas critica → Mas oscilante → Sensibilidad al PI escogidos -(Ojo zonas prohibidas) Redes con xrr < 2: Control de tensión por potencia activa (por potencia reactiva el efecto es casi nulo) Redes mas comunes: Recomendación general de ajuste fc = 0,1Hz; Mf = 58º. Respuesta suave : [58º < Mf < 80º] y menor de 20 segundos para llegar al valor deseado. 21

TFM I+D Control de tensión Zonas factibles Grid codes Modelo analítico Modelo PSIM TFM I+D Herramienta iterativa Redes débiles Diseño robusto Zonas prohibidas Propuesta de técnica Modelo de pequeña señal Variaciones de planta 22

Gracias por la atención Agradecimientos: Oscar Alonso Sadaba Ricardo García Royo Pablo Sanchís Gurpide Gracias por la atención 26-02-2015

Preguntas? Informe TFM Hoja Excel Cap 1 Cap 2 Cap 3 Cap 4 Cap 5 Cap 6 hola Preguntas? Informe TFM Hoja Excel Cap 1 Cap 2 Cap 3 Cap 4 Cap 5 Cap 6