Modelación de generadores y recurso renovable para estudios eléctricos Wilfredo Sifuentes Comité de Operación Económica del Sistema Interconectado Nacional Perú

Contenido Introducción Estado Estacionario Estado Dinámico (Estabilidad Gran Perturbación) Centrales eólicas (tipos, características) Integración a la Red Modelamiento para estudios de estabilidad Centrales Solares

Introducción Principalmente, los estudios eléctricos tienen por finalidad analizar/predecir el comportamiento de un Sistema de Potencia desde los puntos de vista: Estacionario: Flujo de Potencia (niveles de tensión, sobrecargas). Dinámico: Detectar problemas de estabilidad (respuesta del sistema o un generador ante fallas, diseñar esquemas de protecciones, análisis de contingencias etc.)

Introducción: Generación Eólica Fuente: Holttinen et al. (2007)

Estado estacionario: Modelamiento de la Generación Renovable Para generación que no es hidráulica o térmica, en estado estacionario un modelo PQ normalmente es suficiente. Dependiendo del detalle del análisis se puede trabajar con un parque agregado o una representación un poco mas detallada. Fuente: Western Electricity Coordinating Council (WECC) Wind Power Plant Power Flow Modeling Guide. Date: 5/2008

Estado estacionario: Modelamiento de la Generación Renovable Si la fuente renovable puede variar su potencia reactiva, se podría modelar como un nodo PV. Fuente: WECC Guide for Representation of Photovoltaic Systems in Large-Scale Load Flow Simulations Date: 11/2010

Estabilidad de los Sistemas Eléctricos de Potencia Estabilidad de un SEP: Habilidad de retornar a un punto de equilibrio después de haber sufrido una perturbación física, con la mayoría de las variables del sistema en sus límites de manera tal que el sistema entero continua intacto en su condición de operación. El estado de régimen final puede ser distinto al inicial. La definición indicada de estabilidad de un SEP difiere ligeramente de la definición matemática de estabilidad de un sistema dinámico cualquiera, en cuanto a que se exige que los estados de régimen sean “aceptables” (ejemplo: Tensión dentro del ± 5%).

Estabilidad: Clasificación La estabilidad de ángulo: Habilidad de los generadores de permanecer en sincronismo (diferencias angulares = constantes) después de la ocurrencia de una perturbación. La estabilidad de tensión: es la capacidad del sistema de mantener la tensión de los nodos dentro de los límites normales de operación. La inestabilidad ocurre cuando la tensión cae de forma progresiva e incontrolable después de una perturbación.

Análisis Dinámico: Estudio en el dominio del tiempo Involucra varios aspectos:

Dinámica de la máquina sincrónica Para un análisis realista se tiene la necesidad de modelos detallados que incluyen los elementos de control (especialmente tensión), los elementos rotatorios, protecciones, etc.

Tipos de Generadores Eólicos Turbina eólica con velocidad fija Con la caída de tensión estos generadores aumentan su deslizamiento y por tanto su consumo de reactiva de forma cuadrática, dando lugar a un proceso de realimentación del hueco de tensión. Requieren de algún tipo de compensación capacitiva ya que en el arranque o después de una falla consumen grandes cantidades de potencia reactiva. Turbina eólica con velocidad variable limitada

Tipos de Generadores Eólicos Turbina eólica con generador asíncrono doblemente alimentado: La técnica más empleada consiste en la inyección de corriente en el rotor mediante un convertidor electrónico conectado entre el rotor y la red Generador síncrono con full conversión AC/DC/AC

Algunas características distintivas Tipo A: Velocidad Constante Tipo C: Doblemente Alimentado Tipo D: Full conversión AC/DC/AC Simple y Robusto, Menos eficiente aerodinámicamente Aerodinámicamente eficiente Menos costoso Costoso Eléctricamente eficiente Menos stress mecánico Generador estándar Convertidor pequeño, Generador estándar Convertidor grande Necesita caja de engranajes No necesita caja de engranajes

Comportamiento ante una falla transitoria: Fault Ride Through Aspecto sumamente importante para evitar la desconexión en avalancha de los parques eólicos

Comportamiento ante una falla transitoria: Fault Ride Through

Integración con la Red Necesidad de adaptar la turbina eólica (o parque eólico) y el resto del sistema en una forma que se asegure una operación óptima del conjunto. Fluctuaciones de Tensión – Factor clave de diseño. Propiedades a ser consideradas: Potencia de Corto Circuito (Ssc) Proporción del nivel de corto circuito entre la potencia aparente de la instalación eólica (Ssc/Sr)

Efectos en la Red Impactos Locales: Fluctuaciones de tensión en el punto de conexión. Flicker Armónicos Comportamiento durante fallas Impactos en el Sistema de Potencia: Consumo de potencia reactiva Estabilidad de sistema Frecuencia del sistema

Cumplimiento con las normas locales Control de Frecuencia. Puede ser logrado controlando la potencia de salida del generador eólico. Control de Tensión. Generadores del tipo A pueden requerir equipamientos adicionales para garantizar una respuesta rápida o control de potencia reactiva. Generadores del tipo C y D pueden cumplir fácilmente con estos requerimientos. Fault ride through. Generadores del tipo A y B pueden requerir de equipamiento adicional. Por lo general, los generadores del tipo C y D son capaces de cumplir este requerimiento

Modelo general de un generador eólico Viento Aerodinámica de la turbina Caja de engranajes y acoplamiento Generador eléctrico Sistemas de Control y Protección Equipos de Interfaz con la Red Sistema de Potencia Modelos propietarios que no son de fácil acceso. Algunos modelos genéricos están disponibles (WECC y librerías de algunos programas de estabilidad).

Generación Fotovoltaica: Curva típica I-V Fuente: Earthscan, Planning & Installing Photovoltaic Systems – A guide for installers, architects and engineers, Second Edition, Earthscan, UK, 2008

Generación Fotovoltaica Formas de contectar sistemas fotovoltaicos (PV) a un sistema de potencia (conversor trifásico o monofásico) Fuente: Earthscan, Planning & Installing Photovoltaic Systems – A guide for installers, architects and engineers, Second Edition, Earthscan, UK, 2008

Generación Fotovoltaica

Generación Fotovoltaica

Generación Fotovoltaica

GRACIAS! Wilfredo Sifuentes Comité de Operación Económica del Sistema Interconectado Nacional (COES) Perú wsifuentes@coes.org.pe