Post on 30-Apr-2020
Conexión de generadores renovables
a la red de potencia
MOELLER & POELLER ENGINEERING
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Opciones de conexión
Impacto a la carga termal de los componentes
Impacto a la variación del voltaje durante operación normal.
Impacto a la estabilidad del voltaje
Conexión de generadores renovables a la red de potencia
Sesión 3 - Conexión de generadores renovables a la red de potencia, 14.05.2019
Opciones para conectar
parques eólicos y fotovoltaicos
a la red potencia.
Opciones para conectar un parque eólico
Sesión 3 - Conexión de generadores renovables a la red de potencia, 14.05.2019
Parque eolico
Subestación 1
Subestación 2
Opciones para conectar un parque eólico
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Parque eólico
Subestación 1
Subestación 2
Opción 1: Tee-Off – inyección en un solo circuito
Sub
esta
ción d
el
pa
rque e
ólico
Opciones para conectar un parque eólico
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Parque eólico
Subestación 1
Subestación 2
Opción 2: Subestación – conectarse en el circuito 1
Sub
esta
ción d
el
pa
rque
eólico
Opciones para conectar un parque eólico
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Parque eólico
Subestación 1
Subestación 2
Opción 3: Subestación – conectarse en ambos circuitos
Sub
esta
ción d
el
pa
rque e
ólico
Opciones para conectar un parque eólico
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Parque eólico
Subestación 1
Subestación 2
Opción 4 – conectarse con la subestación mas cercana
Sub
esta
ción d
el
pa
rque e
ólico
Opción 1: Selectividad de protección
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Parque eólico
Subestación 1
Subestación 2
Z
Transformer impedance must be sufficiently large
Opción 1 tiene efectos negativos a la selectividad de la protección de distancia.
Opción 1 y Opción 2 causan una carga diferente en los dos circuitos.
Conclusiones:
Opción 1 es la opción menos costosa, pero técnicamente no es recomendable.
Opción 2 y 3 son soluciones adecuados para parques eólicos de gran e
intermedia escala.
Opción 4 una solución económica cuando el parque eólico está ubicado cerca
de la subestación.
Opción de conexión de un parque eólicos
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Impactos a la carga térmica
Líneas Adicionales de transmisión se debe construir solamente en base a los
resultados de estudios bien definidos considerando el tamaño y ubicación del
parque eólico o fotovoltaico planificado.
Se deben realizar estudios de flujo de carga considerando las siguientes
combinaciones: Nivel de carga (Carga alta y baja)
Nivel de velocidad de viento o irradiación solar (Alta, intermedia, baja velocidad/irradiación)
En redes en lazo o malla: Se definen en un preprocesamiento una gran variedad
de escenarios de estudios de flujo de carga.
Para evitar inversiones en líneas de transmisión, que se necesitan solo pocas horas
al año, se debe asignar probabilidades a los estudios.
Impacto a la carga térmica de circuitos y transformadores
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Impacto a los limites térmicos - Ejemplo
Sesión 3 - Conexión de generadores renovables a la red de potencia, 14.05.2019
Ejemplo:
Conectar un parque eólico o fotovoltaica a
una subred de transmisión (p.ej. 132kV)
Por una contingencia critica de n-1 se
detecta una sobrecarga de la línea de
transmisión de 120%
Que hacer?
Opciones:
Construir una línea nueva.
Limitar la generación de la planta constantemente a 80% (de la potencia
nominal)
Limitar la generación de la planta en caso de una falla (disparo manual o
automático)
Considerar un monitoreo dinámico de las capacidades de transmisión (ingl.
Dynamic line rating)
Impacto a los limites térmicos - Ejemplo
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Seguridad N-1 sin acciones post-falla
Criterios de planificación
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Incumplimiento con los limites térmicos – Limitar la generación
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0,500 1,500 2,500 3,500 4,500 5,500 6,500 7,500 8,500 9,500 10,50 11,50 12,50 13,50 14,50 15,50 16,50 17,50 18,50 19,50 20,50
12,50
10,00
7,50
5,00
2,50
-2,50
0,000
x-Axis: Windpark Analysis: Wind Speed in m/s
Windpark Analysis: Probability in %
100,0380,0360,0340,0320,030,03
160,00
120,00
80,00
40,00
0,00
-40,00
x-Axis: Windpark Analysis: Cummulative Probability in %
Windpark Analysis: Generated Power in MW
Y =120,000 MW16.624 %
DIGSILENT High Load Plots
Voltage at Laingsburg Wind Farm Connection Point PV-Curve
Date: 7/23/2009
Annex: 1 /3
DIg
SIL
EN
T
1454 h/year
Energía no entrega (ingl. Energy no delivered) depende de: Condiciones de viento/irradiación
Aspectos del sitio
Características de la turbina o sistema fotovoltaico.
Estimación de costos (ejemplo con una tarifa de 8 ct€/kWh): Promedio de viento = 7m/s:
Energía no entrega de aprox. 5% de la energía total
150 MW parque eólico: 19 000MWh no entregadas -> 1 520 000 Euro/año
Promedio de viento = 8m/s:
Energía no entrega de aprox. 7.5% de la energía total
150 MW parque eólico: 37 000MWh no entregadas -> 2 960 000 Euro/año
Las anualidades de la inversión en la expansión de la red deben ser comparados con los costos de
energía no entregada.
Incumplimiento con los limites térmicos – Limitar la generación
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Seguridad N-1 con acciones post-falla
(esquema inter-trip)
Criterios de planificación
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Situaciones N-1 con acciónes post-falla permite las siguientes opciones:
Limitar la generación de la planta renovable en situaciones en que solamente un
circuito está disponible (indisponibilidad no-/programada)
En caso de sobrecarga menores (debajo del límite de emergencia):
Acciones manuales del operador del sistema
Esquema automático “run-back”
En caso de sobrecargas mayores (encima del límite de emergencia)
Esquema automático de “inter-trip”
Incumplimiento con los limites térmicos
– Limitar la generación durante contingencias.
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La carga térmica de una línea aérea depende de: Temperaturas ambientales
Velocidad de viento (correlación con la generación eólica)
Aerogeneradores: Velocidad de arranque: 2.5...4m/s, nominal: 12...16m/s
Pero se debe considerar la altura y el medio ambiente.
Monitoreo dinámico de las capacidades de transmisión - Potencial
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Ambient Temperature
Line Rating expressed in MVA at 66 kV*
Wind Speed = 0.5 m/s Wind Speed = 3.0 m/s Wind Speed = 5.0 m/s
30 ºC 22.6 39.9 49.5
35 ºC 16.5 32.9 41.5
Análisis de caso base: asumir que 100% de la potencia nominal están disponibles
en el punto de interconexión.
En el caso que no se observan problemas-> o.k. (con margen de seguridad)
En el caso que se observan problemas -> se requieren estudios más detalladas:
Considerar la probabilidad de la generación renovable (incluyendo perdías
eléctricas, etc.)
Considerar la limitación de la generación renovable.
Considerar esquemas automáticos de “inter-trip” o “run-back”
Considerar el monitoreo dinámico de las capacidades de transmisión.
La decisión final depende de análisis costo-beneficio y requisitos de seguridad.
Impacto a la carga térmica - Resumen
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Impacto a las variaciones del voltaje.
Redes de distribución: Variaciones considerable del voltaje por la variación de la
inyección, porque la proporción X/R es baja (la resistencia R es alta)
Redes de Transmission: Considerablemente menos variaciones del voltaje por las
variaciones de la inyección, porque la proporción X/R es alta (R es bajo).
Casos de contingencias son aspectos más relevantes.
Opciones de mitigación:
Característica-Q(P)
Control de voltaje (voltage feed-back)
Variaciones del voltaje
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Opción típica de control de potencia reactiva / voltaje en MT
Potencia reactiva constante (const Q)
Factor de potencia constante (const cosphi)
Característica-cosphi(P)
Ejemplo 1 : Interconexión en media tensión.
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Resumen:
Operación con cosphi = 1: Se exceden los límites del voltaje.
Operación con cosph(P): Voltaje dentro de los límites.
Control del voltaje “feed-back”: No se recomienda para redes de media tensión.
La operación de una red MT resulta más complejo.
No se requiere, porque el problema de incremento del voltaje es un problema local.
Típicamente no se observan problema de estabilidad de voltaje en MT
Ejemplo 1 : Interconexión en media tensión
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Opciones comunes de control de potencia reactiva / voltaje en AT:
Control de voltaje “feed-back”
Control droop de voltaje
Control de potencia reactiva
Factor de potencia constante en el Punto de Interconexión
Ejemplo 2: Conexión en alta tensión
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Control de voltaje
Control de droop
Ejemplo 2: Conexión en alta tensión
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Control con un factor de potencia
Control-Q
Ejemplo 2: Conexión en alta tensión
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Operación con un cosphi
constante:
Altos cambios de voltaje
cerca de los limites de
estabilidad del voltaje.
Ejemplo 2: Conexión en alta tensión
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150,00120,0090,0060,0030,000,00
1,00
0,99
0,98
0,97
0,96
0,95
x-Axis: Wind Farm_PCC: Active Power in MW
Wind Farm_PCC: Voltage Magnitude in p.u. - Contingency
Wind Farm_PCC: Voltage Magnitude in p.u. - Base Case
20.000 150.000 MW 0.976 p.u.
20.000 150.000 MW 0.992 p.u.
13.000 97.500 MW 0.994 p.u.
0.000 0.000 MW 0.986 p.u.
Rojo: condiciones normales
Azul: condiciones de contingencias
Recomendación:
Control de voltaje
Control de voltaje-droop
Justificación para control de voltaje “feed-back” (o droop):
Problemas de voltaje externos de la planta renovable (p.ej. perdida de una
line de transmisión)
La operación cerca de los límites de estabilidad del voltaje aumenta los
cambios de tensión.
Definición de una tensión de objetivo es una práctica común de operadores de
sistemas de alta tensión => no se aumenta la complejidad de operación.
Ejemplo 2: Conexión en alta tensión
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Ejemplo 3: Plantas eólicas de gran escala conectados en AT
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Ejemplo 3: Voltaje vs. Potencia reactiva – Estabilidad de voltaje
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Resumen:
Pequeñas variaciónes de voltaje en función de las variaciones de potencia activa
(relación X/R es grande)
Altos variaciones de la tensión en caso de contingencias críticas.
Control de voltaje (con “feed-back”) en el punto de interconexión es requerido
para mantener la estabilidad del voltaje.
Los rangos de potencia reactiva requeridos se pueden determinar a través de
análisis de las curvas QV.
Ejemplo 3: Variaciones de voltaje
Sesión 3 - Conexión de generadores renovables a la red de potencia, 14.05.2019
Redes de distribución:
El impacto de las fluctuaciones de la potencia activa al voltaje es considerable.
Problemas del voltaje se pueden mitigar normalmente operando la planta renovable con un
factor de potencia en rango subexcitado.
Control de voltaje “feed-back” normalmente no es requerido, hasta puede causar problemas
(conflictos con el control de voltaje del transformador)
Redes de transmisión:
El impacto de las fluctuaciones de la potencia active al voltaje es bajo.
Estabilizar el voltaje en caso de contingencias es el problema dominante.
Control de voltaje “feed-back” es requerido en caso de problemas de estabilidad del voltaje.
En grandes sistemas de transmisión puede resultar necesario instalar SVCs y STATCOMs
adicionales.
Variaciones del voltaje - Resumen
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Contribución Corto Circuito
Cálculo del corriente máximo de corto circuito:
Determinar el impacto a los componentes existentes (subestación, capacidad de cábeles y línea
de distribución/transmisión, etc.)
Impacto a nuevos componentes del parque de generación renovable.
Calcular del corriente mínimo de corto circuito:
Verificación de los parámetros de la protección.
Contribución de corto circuito de plantas eólicas y fotovoltaicas
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0,300,200,100,00-0,10 [s]
0,30
0,20
0,10
0,00
-0,10
-0,20
-0,30
Tr2: Phase Current A/HV-Side in p.u.
Tr2: Phase Current B/HV-Side in p.u.
Tr2: Phase Current C/HV-Side in p.u.
Fault Clearedip
DIg
SIL
EN
T
Contribución de corto-circuito de un parque eólico.
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Corriente de corto
circuito de un
aerogenerador de
doble alimentación
con protección
„crow-bar“
Muchas gracias
Marko Obert
marko.obert@moellerpoeller.de
Moeller & Poeller Engineering GmbH (M.P.E.)
http://www.moellerpoeller.de