Dr. M.Sc Ing. Carlos Gallardo ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA ESTABILIDAD DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA ANTE EL INGRESO MASIVO DE GENERACIÓN NO GESTIONABLE Dr. M.Sc Ing. Carlos Gallardo

Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" El problema. “no” flujo óptimo de potencia 4 Sistemas de Control 6 3 f,v 7-P 1 2 “no” máxima transferencia de potencia 5 OPERACIÓN INEFICIENTE DE LA RED Escuela 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) Pa→V Amortiguar oscilaciones de 1 Hz. V FP Q - Capacidad de transferencia - Amortiguar oscilaciones Seguridad en las conexiones Xc Vδ PQ TCSC-S-1 (Capacidad en serie controlada por tiristores) Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

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

Fundamentos teóricos de estabilidad y punto de operación 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. 3 4 Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" 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. . Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

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

Representación en espacio de estados. Linealización D + + Δx + Δu B Σ C Σ Δy + A Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

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

Autovalores y respuesta asociada. 3 1 5 Centro Punto Silla Nodo Estable 1 Nodo Inestable 5 2 4 Foco Estable Foco Inestable 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. Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

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

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

Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" 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. . Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

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

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

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

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

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

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

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

Actuación sobre los parques eólicos. 80.0% f=0.3537 Hz. ξ=0.1637 50 100 200 250 Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" 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. . Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

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

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

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

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

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

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

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

Falta en el nudo 4, caso amortiguado con estabilizadores eólicos. Potencia de salida en los parques eólicos P=f(Kw) >Kw→>ξ >Kw→>Osc Ec rotor Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

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

Falta en el nudo 4, caso amortiguado con estabilizadores eólicos. Flujo de potencia entre áreas K=0 G1 otra área T=2.1 seg. f = 0.48 Hz. >Kw→>ξ Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

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

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

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

Falta en el nudo 4, caso poco amortiguado con estabilizadores eólicos. Flujo de potencia entre áreas Inestable→4s G>60→Estable Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" 36

Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo" 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. . Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"

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

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

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

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

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

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

Normativa de Conexión (Grid Code) 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