Post on 24-Jan-2016
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Wilfredo Sifuentes
Comité de Operación Económica del Sistema Interconectado Nacional
Perú
Modelación de generadores y recurso renovable para estudios eléctricos
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.)
Fuente: Holttinen et al. (2007)
Introducción: Generación Eólica
Estado estacionario: Modelamiento de la Generación RenovablePara 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
Fuente: WECC Guide for Representation of Photovoltaic Systems in Large-Scale Load Flow SimulationsDate: 11/2010
Estado estacionario: Modelamiento de la Generación Renovable
Si la fuente renovable puede variar su potencia reactiva, se podría modelar como un nodo PV.
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.
a) El estado de régimen final puede ser distinto al inicial.
b) 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 de los Sistemas Eléctricos de Potencia
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.
Estabilidad: Clasificación
Análisis Dinámico: Estudio en el dominio del tiempo
Involucra varios aspectos:
ini
P
x max
Pot. Eléctrica
Pot. Mecánica
aceA
desA
Dinámica de la máquina sincrónica
'( )t
m inie
E Up sen
X
Para un análisis realista se tiene la necesidad de modelos detallados que incluyen los elementos de control (especialmente tensión), los elementos rotatorios, protecciones, etc.
Turbina eólica convelocidad fija
Turbina eólica convelocidad variable limitada
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.
Tipos de Generadores Eólicos
Generador síncrono con full conversión AC/DC/AC
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
Tipos de Generadores Eólicos
Tipo A: Velocidad Constante
Tipo C: Doblemente Alimentado
Tipo D: Full conversión
AC/DC/AC
Simple y Robusto, Menos eficiente aerodinámicamente
Aerodinámicamente eficiente
Aerodinámicamente eficiente
Menos costoso Costoso Costoso
Eléctricamente eficienteMenos stress mecánico
Menos stress mecánico
Generador estándarConvertidor pequeño, Generador estándar
Convertidor grande
Necesita caja de engranajesNecesita caja de engranajes
No necesita caja de engranajes
Algunas características distintivas
Aspecto sumamente importante para evitar la desconexión en avalancha de los parques eólicos
Comportamiento ante una falla transitoria: Fault Ride Through
Comportamiento ante una falla transitoria: Fault Ride Through
• 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)
Integración con 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
Efectos en la Red
• 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
Cumplimiento con las normas locales
VientoAerodinámica de la turbina
Caja de engranajes y acoplamiento
Generador eléctrico
Sistema de Potencia
Sistemas de Control y
Protección
Equipos de Interfaz con
la Red
Modelo general de un generador eólico
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
Fuente: Earthscan, Planning & Installing Photovoltaic Systems – A guide for installers,architects and engineers, Second Edition, Earthscan, UK, 2008
Formas de contectar sistemas fotovoltaicos (PV) a un sistema de potencia (conversor trifásico o monofásico)
Generación Fotovoltaica
PV Model: Frame
Salida en Voltios DC.
Salida en Amp.
Medicion de TensionStaVmea*
Medicion de PotenciaStaPqmea*
Modelo Barra CD y CapacitorElmDsl*
0
1
Control de Tens..ElmCon*
dvdcref
0
1
2
3
4
5
0
1
Medicion de F..ElmPhi__pll*
PV ArrayElmDsl*
0
1
Reduccion de Potencia ActivaElmCon*
Medicion Lenta de Frecue..ElmPhi__pll*
Generador EstaticoElmGenStat*
0
1
2
PV Model: Frame
Iarray
pred
uac
pist
cosr
ef;s
inre
f
Uarray
Fmeas
vdcref
iq_ref
id_ref
DIg
SIL
EN
T
Generación Fotovoltaica
PV Array Model: Definicion de Bloque
PV Module EquationsE,theta, U10, Umpp0, Impp0, Ik0, au,..
0
1K_UI nSerial Modules
K_U1
K_I nParaller ModulesK_I
1/K Serial Modules K_UK_U
1/(1+sT) Filtro Pasa ..Tr
PV Array Model: Definicion de Bloque
0
1
Iarray
Vmpp
I
Uarray U_filt U
Vmpp_array
DIg
SIL
EN
T
Generación Fotovoltaica
PEDREGAL2323.551.02-6.10
BB
23.611.03-6.01
BB
23.631.03-5.97
Transform..
-1.000.0269.60
0.50-0.0069.60
0.50-0.0069.60
CFI 05..
0.500.0080.00
CFI 05..
0.500.0080.00
Línea(16)
7.990.1456.64
-7.97-0.1656.64
Lín
ea
(3)
7.990.1156.64
-7.97-0.1356.64
TR
PE
DR
EG
..
-15.820.9277.84
15.940.2977.84
Lín
ea
(7)
3.440.0324.39
-3.44-0.0624.39
Línea(6)3.550.0325.15
-3.55-0.0625.15
DIg
SIL
EN
T
GRACIAS!
Wilfredo SifuentesComité de Operación Económica del Sistema Interconectado Nacional (COES)Perúwsifuentes@coes.org.pe