Regulación de Tensión, Frecuencia y Huecos de Tensión en ...

Lugar 03/11/11 México D.F

Regulación de Tensión, Frecuencia y Huecos de Tensión en Parques Eólicos

José Miguel Miranda

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Estrictamente confidencial & uso restringido / Strictly confidential & limited use

1. Introducción

2. Regulación de Tensión.

3. Regulación de Frecuencia.

4. Huecos de Tensión

5. Conclusiones

Indice

Copyright 2009 Gamesa Corporación Tecnológica, S.A.




1.- Introducción


� La Integración en el Sistema Eléctrico de gran cantidad de Generación Renovable hace que se reduzca la presencia de Generación Convencional a límites insospechados y que la Potencia de Cortocircuito del Sistema disminuya. Pudiendo dar lugar a:

� Posible fallo en el sistema de protecciones.� Profundización y extensión espacial además de temporal de los huecos de tensión.� Posible riesgo de desconexión de la Generación Convencional por mínima tensión temporizada o pérdida de estabilidad

� Esto obliga a los Operadores de Red a exigir a dicha Generación, las mismas o similares funcionalidades que a la Generación Convencional.

�Se debe disponer de un Sistema de Gestión estructurado para lograr respuestas rápidas al existir muchos puntos de generación (Despachos Delegados)




1.- Introducción


� La Energía Eólica es una fuente de Generación muy importante en todo el mundo. Existen países con una penetración eólica en su sistema muy elevada, como es el caso de España, con una penetración bastante superior al 15% del total de la demanda y con picos del 60 % durante el periodo valle, asociado a la noche y el fin de semana.

� Debido a la Integración de la Energía Eólica y motivada por la configuración de la red , así como del tipo de aerogeneradores instalados en las mismas, está obligando a los Operadores de Red a revisar las Regulaciones Actuales para poder asegurar la estabilidad de la red.

� Por ello, actualmente se detectan en los Códigos de Red específicos de Generación Eólica, requisitos tales como:

� Regulación de Potencia Reactiva � Control de Tensión.� Regulación de Potencia Activa � Regulación de Frecuencia.� Huecos de Tensión.� Calidad de Energía.




1.- Introducción



Estabilidad del Sistema



1.- Introducción



Estabilidad de la Tensión

1. Regulación de Reactiva2. Regulación de Tensión3. Soporte de Huecos de Tensión



1.- Introducción



Estabilidad de la Frecuencia

1. Curtailment Potencia Activa2. Regulación Primaria3. Inercia �� Inercia Sintética


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Estabilidad del ángulo de fase

1. Regulación de Tensión a la salidadel Hueco evitando sobre tensiones

2. Reducción de Oscilaciones dePotencia PSS


1.- Introducción



� EL OS recibe en tiempo real información desde el Despacho Delegado (windfarms Status)

� Basado en esta información, el OS define distintas consignas (por nodo o Parque Eólico)

� El Despacho Delegado recibe señales de consigna y las envía a los correspondientes Parques Eólicos

� Cada Parque Eólico aplica su consigna

� El Despacho Delegado y el OS monitorizan el cumplimiento de los comandos de consigna enviados.

Telephone

PDA

Fax

MobileMeterologicalMast

Wind Farm Infrastructure –Ethernet based fibre optical network

SubstationInterface

SVCSTATCOMShunt ReactorTab changer

ElectricalSubstation

System Operator

SCADA Client

Gamesa SCADA

Other devices

Gamesa Dispatch Centre

WF Owner/ Maintenance

1.- Introducción


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� GAMESA ha desarrollado su propio Despacho Delegado

para poder cumplir con todos los requisitos de seguridad

de los operadores de Red.

� Las funciones principales del Despacho Delegado son:

� Enviar las señales del Parque Eólico al Operador de Redr (P, Q, V, Vviento, etc) y recibir consignas de comandos

� Enviar ordenes de regulación a los parques Eólicos vía SCADA (Potencia Activa , Potencia Reactiva)

� Recibir/Enviar otras órdenes para colaborar con la

estabilidad del sistema.

� Toda la información intercambiada con el Operador de

Red es en Tiempo real.

1.- Introducción


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� Debido al reducido número de centrales convencionales, al ser desplazadas por el régimen especial, empieza a ser imposible mantener las tensiones sin la colaboración activa del régimen especial.

� La tensión es una magnitud LOCAL. No sirven criterios globales.

� En el caso de generaciones en líneas largas ysistemas débiles. Los cambios en la potencia generada ocasionan variaciones muy importantes en las tensiones.

2. – Regulación de Tensión



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2. – Regulación de Tensión� Se debe dotar a los Parques Eólicos de la suficiente capacidad de Potencia reactiva

para poder hacer frente a los eventos que puedan darse en el punto de conexión.

Control de tensión en régimen permanente (Con limites fijados)Respuesta dinámica ante transitorios de la red (p.e. LVRT)

� La capacidad de dicho Control depende de:

Características de la Red: Imax, Iscmax, X/R ratio, Nivel de TensiónCondiciones del Aerogenerador:, Potencia disponible, tensión en terminales, temperatura (PQTV)

� Los controles de tensión/Reactiva más comunes son:

Cambios de la tensión en un 5% en tiempos entre 1 y 5 s.Rango de Potencia Reactiva: ±35% de la potencia Nominal del Parque EólicoFuncionamiento en un rango de Tensión (POI): ± 15%Precisión superior al 0,5% en la consigna.

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Los diferentes Operadores de Red exigen requisitos de Control de Tensión/Regulación de Reactiva de forma muy diversa.

País

Modo

Regulación

Tensión

Requisito

España Q programa

Siguiendo una tabla de Factor de Potencia, definido para los periodos, Valle, Llano y Punta (en un futuro próximo, control dinámico de V)

Reino Unido Dinámica de control V

Sistema de control automático capaz de operar a una tensión en el punto de referencia entre el 95% y 105% con una resolución de 0,25% de la tensión nominal y los perfiles definidos por la pendiente

Alemania PF de control

Parque Eólico puede funcionar en retraso (0.925) o adelanto (0,95), factor de potencia en caso de tensiones fuera de los límites permisibles

Dinamarca Q de control

Parque Eólico funciona según una curva característica PQ para "absorber" y "producir" Q

Irlanda PF de control

Parque Eólico que opera en específico "V" curvas de retraso (0,835 Max en Pnominal 50%) y en adelanto (0,95 máximo en Pnominal)

EE.UU Dinámica de control V

Sistema de control automático capaz de funcionar a una tensión de consigna

Canada Dinámica de control Q

Parque Eólico que opera dentro de una "V" de la curva PQ de control con una capacidad total de dinámica de ± 30% de Qnominal (en Pnominal).



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Fuente REE



Peak Inter

Off-

Peak

< 0,95 -4 -4 8

< 0,96 y ≥ 0,95 -3 0 6

< 0,97 y ≥ 0,96 -2 0 4

< 0,98 y ≥ 0,97 -1 0 2

< 1 y ≥ 0,98 0 2 0

1 0 4 0

< 1 y ≥ 0,98 0 2 0

< 0,98 y ≥ 0,97 2 0 -1

< 0,97 y ≥ 0,96 4 0 -2

< 0,96 y ≥ 0,95 6 0 -3

< 0,95 8 -4 -4

Inductive

Capacitive

Power Factor

Reactive Power Bonus

Type of

Bonus (%)

ESPAÑA

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Control de Tensión. Necesidad de Consignas de Tensión en la Red de Transporte.Simulación de cambio de Factor de Potencia en Galicia. Paso de Valle a Llano

Fuente REE



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La búsqueda de la máxima bonificación por parte de los generadores de régimen especial producía tensiones inadmisibles de forma generalizada

• Tensiones elevadas fuera de límites • Elevada generación de potencia reactiva• Pérdidas

Admisible

Admisible

Cosffff=0,95

Cosffff=0,995



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o Variación de las tensiones en la RdT en transiciones valle-punta. (9/3/2009)

NUDOS DE 400 kV NUDOS DE 220 kV

7:56

8:06

8:16

o Variación de las tensiones en la RdT en transiciones llano-punta. (7/2/2009)

NUDOS 400 kV NUDOS 220 kV

17:50

18:00

18:10



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Distintas Regulaciones de Factor de Potencia.Mismos Resultados � Saltos de Tensión

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2. – Regulación de Tensión� Se ha demostrado que la Regulación por Factor de Potencia, no es una regulación

que permita el control de la tensión de una forma rápida y por tanto de asegurar la estabilidad del sistema.

� Los nuevos Códigos de Red se basan en la Gestión de la Potencia Reactiva y en el Control de Tensión, que permiten controlar de una manera más sencilla y directa la tensión en los nodos del Sistema.

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� Consigna de factor de Potencia/Q – basado en consigna interna, externa o por calendario con valores referidos a Pcc.

� Limites Parque Eólico: Capacidad de Producción � Máquinas Disponibles

� Priorizar siempre los equipos de compensación de reactiva en Subestación tales como STATCOM/SVC/SR

� Limites del Aerogenerador: Curvas PQTV

Regulador de Potencia Reactiva



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� Consigna de V/Q o factor de Potencia – basado en consigna interna, externa valores referidos a Pcc.

� Limites Parque Eólico: Capacidad de Producción � Máquinas Disponibles � Priorizar siempre los equipos de compensación de reactiva en Subestación tales como

STATCOM/SVC/SR� Limites del Aerogenerador: Curvas PQTV



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Resultados de pruebas: modo control de Q



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Modo control QV (UK, España PO12.2)

� Q producida de acuerdo al error de V (Vmedida – Vref)



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Modo control V directo (Irlanda)



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� En la Regulación de Tensión puede intervenir un componente esencial “ Regulador de tomas automático en Carga” OLTC

� La Regulación de Tensión se puede hacer de tres formas distintas:

1. Los dos Reguladores reciben la misma consigna.

1. OLTC primero a la posición más cercana posible

2. Se activa regulador de parque, utilizando las máquinas para ajuste fino.

Se emplea siempre que el regulador de tomas no haya llegado a los límites.

2. Regulador del OLTC a posición 1pu

1. Activación regulador de Parque

2. Cuando el Regulador de Parque esté activo, el regulador OLTC no se permite cambio tomas.

Se emplea siempre y cuando el regulador de parque tenga capacidad de mover la tensión entre el 0,95 y 1,05.

3. Combinación de las dos anteriores

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� La Energía Eólica no participa actualmente en la regulación primaria.

� Podría participar de la regulación primaria a bajar fácilmente.

� Debería participar de la regulación primaria a subir en momentos singulares

� Su presencia exige un mayor empleo de la regulación secundaria/terciaria

� Estabilidad a largo plazo basado en la predicción para el control de la Potencia Activa

3. – Regulación de Frecuencia



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