Autor: Raul Vicastillo Golvano Director: Joaquín Mur Amada Proyecto Fin de Carrera OPTIMIZACIÓN DE UN BANCO DE CONDENSADORES Y REACTANCIAS EN LA SUBESTACIÓN DE UN PARQUE EÓLICO Autor: Raul Vicastillo Golvano Director: Joaquín Mur Amada Ponente: Miguel Samplón Chalmeta

OBJETO Y ALCANCE Diseño de un sistema de control de la energía reactiva, que nos permita obtener una retribución económica, optimizando los bancos de condensadores y reactancias.

SISTEMAS DE COMPENSACIÓN DE ENERGÍA REACTIVA Debido a los efectos nocivos de los desfases V-I en sistemas de corriente alterna, como perdidas o infraestructuras: Dispositivos estáticos de compensación fija Asociación de un banco de condensadores de compensación Compensación de aplicaciones de carga constante Dispositivos estáticos de compensación escalonada Baterías individuales se conectan y desconectan automáticamente Regulación discreta, factor de potencia no permanece constante Se fabrican con carácter exclusivo para una aplicación concreta

SISTEMAS DE COMPENSACIÓN DE ENERGÍA REACTIVA Dispositivos estáticos de compensación continua Baterías individuales combinados con convertidores electrónicos Suministro de potencia necesaria para mantener fijo el FP Inconveniente las no linealidades del sistema Filtros de armónicos, encarecen todavía más su valor Dispositivos convertidores de compensación Convertidores de potencia proporcionan toda la corriente reactiva VSI´s, convertidores AC-DC o AC-AC

LOCALIZACIÓN DE LOS COMPENSADORES DE POTENCIA REACTIVA EN PARQUES EÓLICOS La compensación de una instalación eólica puede presentarse en: Subestación Aerogeneradores Mixta

OPCIONES DE TARIFICACIÓN EN ESPAÑA Remuneración según R.D.2818/1998 El factor de potencia se computaba mensualmente La máxima bonificación era del 4% sobre la potencia facturada, para FP>0.99 Se podría ajustar manualmente los últimos días del mes, por lo que no requería ningún tipo de inversión en el parque

OPCIONES DE TARIFICACIÓN EN ESPAÑA Remuneración según R.D.436/2004 Factor de Potencia Retribución (%) Pico Llano Valle Inductivo FP<0.95 -4 8 0.95 ≤FP<0.96 -3 6 0.96 ≤FP<0.97 -2 4 0.97 ≤FP<0.98 -1 2 0.98 ≤FP<1.00 1.00 Capacitivo Máxima bonificación de hasta un 8% de la potencia facturada El factor de potencia se computaba cada 15 minutos El sistema debe tener en cuentas periodos pico, valle o llano

OPCIONES DE TARIFICACIÓN EN ESPAÑA Remuneración según R.D.436/2004 La clasificación de horas pico, valle o llano en Aragón INVIERNO VERANO Punta Llano Valle 18-22 8-18 22-24 0-8 9-13 8-9 13-24 } 17% en periodos pico 33% en periodos valle 50% en periodos llano Bonificación máxima 8% Bonificación máxima 4%

OPCIONES DE TARIFICACIÓN EN ESPAÑA Remuneración según R.D.661/2007 El factor de potencia se computa cada periodo horario Porcentaje de bonificación se mantiene de la tabla del R.D.436/2004, así como la clasificación de periodos pico, valle o llano

DESCRIPCIÓN DE LA REGULACIÓN Dimensionar el sistema de compensación, pasos y tamaño de condensadores y bobinas Estimar la capacidad de los bancos de condensadores y bobinas para un parque Simular la regulación en un periodo largo Obtener como figuras de merito, la remuneración anual, las conmutaciones anuales, VAN, TIR y el tiempo de retorno de la inversión Si No OK Dimensionamiento óptimo

DESCRIPCIÓN DE LA REGULACIÓN Consigna de la regulación horaria Buscaremos tener el factor de potencia óptimo para cada tipo de periodo FPoptimo=cos optimo optimo=Arc cos(FPoptimo) Qoptimo= P* tan optimo

DESCRIPCIÓN DE LA REGULACIÓN Características especiales del sistema de bonificación La bonificación del control se percibe al final de la hora Los actuadores son discretos Las bobinas y los condensadores tienen un tiempo medio de funcionamiento antes de fallar La potencia reactiva es proporcional al número de elementos conectados y al tiempo que están conectados El factor de potencia horario depende de la energía activa generada en la hora La consigna , el factor de potencia varía de una hora a otra

OBTENCIÓN DE LA BONIFICACIÓN HORARIA Calculamos el factor de potencia horario Obtenemos, a partir de la tabla, el porcentaje de bonificación obtenido Aplicamos el porcentaje al valor de la energía durante dicha hora

DISEÑO DE LA REGULACIÓN Predecir las energías horarias Comprobamos si el factor de potencias se encuentra dentro de la banda admisible En caso negativo, comprobamos si conmutando un elemento durante el resto de la hora entro en la banda admisible Actuamos de forma consecuente

DISEÑO DE LA REGULACIÓN Compararemos una predicción de la potencia reactiva durante cada hora, con la que sería la potencia reactiva optima durante dicha hora. Así calcularemos la predicción: t1 y t2 corresponden a la fracción transcurrida y restante

DISEÑO DE LA REGULACIÓN Dividiremos la regulación en 3, correspondiente a los diferentes valores de Qoptimo, según estemos en periodo pico, valle o llano Calcularemos el error entre Qoptimo y la predicción No somos penalizados siempre y cuando estemos por encima del Qoptimo en los periodos valle, o por debajo en los periodos pico. En los periodos llano nos interesa estar lo mas cercano a una potencia reactiva horaria igual a 0.

DISEÑO DE LA REGULACIÓN PERIODOS VALLE Si estamos por debajo del nivel mínimo C↓ ó L↑ Si superamos en más de un escalón el nivel L↓ ó C↑ PERIODOS PICO Si estamos por encima del nivel máximo L↓ ó C↑ Si superamos en mas de un escalón el nivel C↓ ó L↑ PERIODOS LLANO Si estamos por debajo del cero C↓ ó L↑ Si superamos en más de un escalón el cero L↓ ó C↑

DISEÑO DE LA REGULACIÓN Nos encontramos con un problema cuando trabajamos a baja potencia. Lo solucionaremos haciendo que la banda de histéresis sea inversamente proporcional a la potencia activa. Resultados genéricos con condensadores e inductancias CONDENSADORES BOBINAS

OPTIMIZACIÓN DE LOS BANCOS Realizar una tabla de con el numero y los tamaños de los bancos y deducir cuales son los casos mas razonables a priori. De estos casos mas razonables, calcularemos una serie de parámetros que nos indicaran cual es el caso mas adecuado. Bonificación adicional Conmutaciones anuales VAN TIR Tiempo de retorno de la inversión Seleccionaremos el dimensionamiento óptimo

MEJORAS EN LA PROGRAMACIÓN Regulación vectorial Regulación secuencial Interpolación del registro de datos Posibilidad de predicción por persistencia o por tendencia Visualización en tablas de los cálculos economicos

ESTUDIO DEL PARQUE 1 Parque de 50 MW Comenzamos fijando un valor lo de los bancos de condensadores Deducimos el dimensionamiento óptimo de los bancos de inductancias El dimensionamiento seleccionado será 1 escalón de 0.2

ESTUDIO DEL PARQUE 1 Determinamos el dimensionamiento de los condensadores VAN Conmutaciones TIR El dimensionamiento óptimo para los bancos de condensadores será de 2 escalones de 0.3

ESTUDIO DEL PARQUE 1 Coste inicial de la instalación 125000 € Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la regulación para el método de la persistencia y la tendencia Los dos modelos son completamente validos En este parque aplicaremos el método de predicción por tendencia

ESTUDIO DEL PARQUE 2 Parque de 25 MW El dimensionamiento óptimo de los bancos de inductancias será de 1 escalón de 0.3 VAN Conmutaciones TIR El dimensionamiento óptimo para los bancos de condensadores será de 2 escalones de 0.3

ESTUDIO DEL PARQUE 2 Coste inicial de la instalación 133125 € Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la regulación para el método de la persistencia y la tendencia Los dos modelos son completamente validos En este parque aplicaremos el método de predicción por persistencia

ESTUDIO DEL PARQUE 3 Parque de 50 MW El dimensionamiento óptimo de los bancos de inductancias será de 1 escalón de 0.2 VAN Conmutaciones TIR El dimensionamiento óptimo para los bancos de condensadores será de 2 escalones de 0.3

ESTUDIO DEL PARQUE 3 Coste inicial de la instalación 125000 € Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la regulación para el método de la persistencia y la tendencia Los dos modelos son completamente validos En este parque aplicaremos el método de predicción por tendencia

Autor: Raul Vicastillo Golvano Director: Joaquín Mur Amada Proyecto Fin de Carrera OPTIMIZACIÓN DE UN BANCO DE CONDENSADORES Y REACTANCIAS EN LA SUBESTACIÓN DE UN PARQUE EÓLICO Autor: Raul Vicastillo Golvano Director: Joaquín Mur Amada Ponente: Miguel Samplón Chalmeta