6. EFECTOS DE LA OPERACIN DE LA GENERACIN ELICA EN EL SISTEMA ELCTRICOHoy en da los parques elicos previstos se encuentran por encima de 100 MW y muchos conectados directamente a las redes de transporte, por tal motivo se tiene la necesidad de realizar anlisis de los sistemas en las fases iniciales de desarrollo de los parques elicos con el fin de asegurar su correcta integracin en las redes de transporte.Esto es debido a la menor cantidad de generadores sncronos directamente conectados a la red. Consecuentemente la salida de servicio de alguna planta generadora puede provocar una fuerte y rpida cada de la frecuencia. Las turbinas elicas modernas pueden controlar las tanto la potencia activa como reactiva, en algunos casos mejor y ms rpidos que las unidades convencionales. Es por esto que la habilidad de las turbinas de apoyo activo al sistema de potencia durante perturbaciones en la red est siendo actualmente estudiada.6.1. TIPO DE GENERADORES

6.1.1. GENERADOR INDUCTIVO DE VELOCIDAD FIJA

Los sistemas de generacin Eolo elctrica de velocidad fija, esta generalmente equipado con un generador de induccin de jaula de ardilla. El generador se conecta directamente a la red, ya que la velocidad de ajusta a la frecuencia de esta. Por lo tanto, para un sistema de velocidad fija las turbulencias del viento resaltaran en la variacin de la potencia y se ver afectada la potencia de salida del sistema a la red. Este tipo de generadores consume cantidades importantes de reactivos, los que deben compensarse mediante bancos de condensadores, adems su costo es considerablemente ms bajo que el resto de las tecnologas, debido a su sencillez tcnica.

Figura 1. Parque elico con generador de induccin a velocidad fija.

6.1.2. GENERADOR INDUCTIVO DE VELOCIDAD VARIABLE

Para un sistema a velocidad variable el generador se controla mediante un sistema electrnico de potencia el cual hace posible el control de la velocidad del rotor. De esta manera, fluctuaciones de potencia causadas por las variaciones del viento sern ms o menos adsorbidas mediante cambios de velocidad del rotor y as, las variaciones de potencia originadas por la variacin del viento se reducirn. As mismo el impacto en la calidad de la potencia en los sistemas de velocidad variable se mejorara en comparacin con las turbinas de velocidad fija.Adems es el que mejor regula la inyeccin de reactivos, regulacin de potencia activa, regulacin de voltaje y regulacin de factor de potencia. Su problema es el gran costo relativo con las otras tecnologas.

Fig. 2. Parque elico con generador de induccin a velocidad variable.

6.1.3. GENERADOR DE INDUCCIN DOBLEMENTE ALIMENTADO

El generador de induccin doblemente alimentado con anillos colectores para el suministro de corriente en el rotor, adems opera a velocidad variable lo cual se consigue inyectando un voltaje controlado a una frecuencia de deslizamiento.El devanado del rotor se alimenta a travs de un convertidor de potencia de frecuencia variable, tpicamente basado en dos convertidores de fuente de tensin. El convertidor de potencia desacopla la frecuencia de la red elctrica de la frecuencia mecnica del rotor, permitiendo la operacin de velocidad variable de la turbina de viento. El generador y convertidores estn protegidos por los lmites de tensin y corriente. Un generador de induccin doblemente alimentado puede entregar potencia a la red a travs del estator y el rotor, pero adems el rotor puede tambin absorber potencia. Esto depende de la velocidad rotacional del generador.Un generador de induccin doblemente alimentado puede entregar potencia a la red a travs del estator y el rotor, pero adems el rotor puede tambin absorber potencia. Esto depende de la velocidad rotacional del generador. Tradicionalmente, si el generador opera arriba de la velocidad sncrona la potencia ser entregada del rotor haca la red a travs de los convertidores, por otra parte si el generador opera por debajo de la velocidad sncrona, entonces el rotor absorber potencia de la red a travs de los convertidores. Existen algunos otros esquemas en donde con un control adecuado para el seguimiento de la mxima potencia extrada del viento es posible que el rango de velocidad difiera de lo tradicional para inyectar potencia a la red elctrica.

Fig. 3. Parque elico con generador de induccin doblemente alimentado a la velocidad variable.6.1.4. GENERADOR SNCRONOLas turbinas elicas que utilizan generadores sncronos suelen usar imanes en el rotor alimentados por corriente continua de la red elctrica. Dado que la red suministra corriente alterna, hay que convertir la corriente alterna en corriente continua antes de enviarla a las bobinas arrolladas a los electroimanes del rotor.Los electroimanes del rotor estn conectados a la corriente mediante escobillas y anillos rasantes en el rbol (eje) del generador.Se caracterizan porque:

Pueden producir energa reactiva. Pueden funcionar de forma autnoma. Su rendimiento suele ser mayor Soportan huecos de tensin.Y tienen los siguientes inconvenientes: No admiten deslizamiento con respecto a la velocidad de sincronismo. El control es complicado. La conexin a la red es ms compleja.

6.2. DESCRIPCIN DE FUNCIONAMIENTO DE LOS GENERADORES PARA LA GENERACIN ELICA

6.2.1. GENERADOR INDUCTIVO

El principio de funcionamiento del generador de induccin est basado en la diferencia de velocidades entre el campo magntico de estator y el circuito del rotor. La representacin de los circuitos de estator y rotor del generador de induccin trifsico se muestra en la figura 4.

Fig. 4. Circuito trifsico de rotor y estator. A. GENERADOR INDUCTIVO JAULA DE ARDILLA VELOCIDAD FIJAConsiste de palas fijas conectadas mediante una caja multiplicadora de engranajes a un generador inductivo. El devanado del estator del generador est conectado a la red.Comienza a generar cuando la velocidad del rotor del generador supera la frecuencia de la red.Necesita reactivo de la red para comenzar a operar.

B. GENERADOR INDUCTIVO DE ROTOR BOBINADO VELOCIDAD VARIABLE LIMITADASe obtiene mxima eficiencia aerodinmica sobre un amplio rango de velocidades de viento. Se requiere de electrnica de potencia para controlar el torque frenante del generador. El bobinado estatorico se conecta directamente a l red, mientras que el bobinado del rotor es excitado con un conversor de frecuencia de baja potencia. El conversor aplica una tensin al rotor de una frecuencia tal que sumado a la frecuencia de giro del rotor, iguala la frecuencia de la red. La resistencia del rotor es controlada para variar el deslizamiento, y de esta forma poder controlar la potencia del sistema. El rango de control dinmico de velocidad depende del tamao de la resistencia.Mayor captacin de energa.Requiere de una unidad de anillos rasantes y un sistema de conmutacin de resistencias.

1. GENERADOR INDUCTIVO DOBLEMENTE ALIMENTADOSe compone de un generador de induccin de rotor devanado que utiliza anillos rasantes para introducir o extraer corriente elctrica del rotor. El devanado del rotor se elimina a travs de un convertidor de potencia de frecuencia variable de tipo back-to-back que consiste en dos convertidores basados en transistores bipolares de compuerta aislada, que funcionan como fuentes de voltaje y que estn enlazados por un circuito de corriente directa.La estructura de un generador de induccin doblemente alimentado se compone de una turbina, una caja de engranajes, un generador de induccin y dos convertidores (un convertidor conectado al lado de la red y un convertidor conectado al lado del rotor) como se muestra en la fig. 3.

6.2.2. GENERADOR SNCRONO Estos generadores se caracterizan por la relacin entre la velocidad de giro y la frecuencia de las tensiones y corrientes generadas, lo que condiciona que a velocidad del rotor debe ser constante e igual a la velocidad de sincronismo. Debido a la necesidad de tener una velocidad de giro contante, es que estos generadores no se conectan directamente a la red, sino que se usa un conversor electrnico como intermediario entre el generador y la red.

A. GENERADOR SNCRONO DE IMANES PERMANENTESLa utilizacin de imanes permanentes presenta como ventaja la eliminacin de anillos rasantes e elimina las perdidas en el devanado del rotor, por lo cual no es necesario refrigerar estos devanados. Otra gran ventaja de estas mquinas es la disminucin significativa del tamao de las mismas, lo que posibilita que las maquinas sean de mayor nmero de polos, a su vez esto implica la no necedad del uso de una caja multiplicadora de velocidad.

VELOCIDAD VARIABLEEmplea un conversor de frecuencia de potencia total, permitiendo la transferencia de energa desde los bornes del generador, con una tensin y frecuencia variable. 6.3. EFECTOS6.3.1. ESTABILIDAD DE LA RED Para un sistema con gran cantidad de generacin elica muchos parques elicos podran disparar ante una perturbacin sin el diseo y condiciones apropiadas.A. ESTABILIDAD DE FRECUENCIALos aerogeneradores de velocidad variable que no tengan inercia, influye en la estabilidad de frecuencia considerablemente ya que la reducida inercia de estos sistemas conduce a un ms rpido cambio de rango de frecuencia y a unas cadas de frecuencia ms profundas. I. ESTABILIDAD DE VOLTAJE.Las turbinas de viento actualmente en produccin y en funcionamiento corresponden en su mayora a generadores de induccin que requieren de potencia reactiva para poder generar. Si el sistema de potencia no es capaz de suministrar esta potencia reactiva una inestabilidad de tensin e incluso el colapso del sistema puede ocurrir.Un control de reactivos suficiente y rpido, adems de reservas de potencia activa es necesario para poder manejar y mantener de la mejor manera la estabilidad del voltaje. Esto puede ser entregado con las modernas turbinas de viento con control activo de voltaje y reactivos o bien mediante el uso de compensadores externos como SVCs o STATCOMs.En el caso de generadores sncronos conectados a los niveles de transmisin se desconectan durante tiempos de alta generacin elica, su integracin puede tener impactos negativos en la estabilidad de voltaje, a continuacin se muestran algunas consideraciones: La potencia reactiva no se puede transferir a travs de largas distancias, sino que debe estar disponible son muy a menudo localizarlos en reas remotas. Por esta razn los parques elicos estn habilitados para entregar potencia reactiva, esta podra no estar disponible en la localizacin donde sea requerido instantneamente. Muchos generadores elicos estn integrados en niveles de voltaje ms bajos que las grandes plantas de potencia. Tpicamente el control de voltaje est estrictamente basado en un concepto, donde los transformadores con cambiadores de tap regulan el voltaje del nivel inmediatamente inferior , lo cual significa el balanceo de potencia reactiva es nicamente posible en la direccin del ms alto al ms bajo nivel de potencia. As, la capacidad de potencia reactiva de un generador elico y fotovoltaico integrado a los sistemas de sub transmisin o distribucin podra no est disponible para los principales niveles de transmisin.

II. ESTABILIDAD ANGULAREs la capacidad del sistemas para mantener el sincronismo de las maquinas del sistema luego de haber estado sometido a perturbacin.En estabilidad oscilatoria (o angular de pequeas perturbaciones) y en estabilidad transitoria (o angular de grandes perturbaciones). Por el impacto en el sistema global que puede ocasionar la estabilidad transitoria.Puesto que los generadores elicos no tienen un problema de estabilidad transitoria en s mismos, sus impactos (positivos o negativos9 en tiempos de despeje crticos de falla es nicamente indirecto.

III. EMISIN DE ARMNICOSEste fenmeno es otro asunto crucial para las turbinas elicas conectadas a la red debido a que podran resultar en distorsiones y pulsaciones de torque, las que consecuentemente causaran posibles sobrecalentamientos destructivos en los generadores y en otros equipos, adems de otros problemas como incremento de corrientes y perdidas adicionales de potencia.

6.4. RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES

Para evaluar los lmites por inestabilidad de tensin y/o las necesidades adicionales de apoyo reactivo (MVAr) en el proyecto se utilizan: Curvas P-V para determinar el punto de colapso. Curvas Q-V para determinar las necesidades de reactiva.

Los requerimientos para el soporte de huecos de tensin de los generadores elicos durante y despus de una perturbacin incluyen dependiendo de la tecnologa

Compensacin dinmica adicional para asegurar la estabilidad Prevencin de disparos intempestivos para proteger la electrnica de potencia

Los mayores limitantes en cuanto al punto de conexin suelen venir por inestabilidad de tensiones.

Independientemente del tipo de salida que tenga el circuito elico, se pueden incorporar equipos de electrnica de potencia que pueden regular su salida.

En conclusin la incorporacin de fuentes renovables de energa a un sistema elctrico presenta aspectos positivos y negativos, quiz pareciera que desde el punto de vista elctrico son muchos los obstculos que se tienen que superar debido a que siempre ser necesario tener generacin de respaldo por la intermitencia de los recursos renovables, se incrementan las potencias de corto circuito, en algunos casos se incrementan las prdidas, actualmente es ms caro, sin embargo se tienen que valorar los beneficios que tienen y obligar a que estas tecnologas contribuyan a la regulacin del sistema como est sucediendo en algunos pases. Se puede mejorar el sistema de prediccin y tener un mayor control sobre las unidades, adems de crear la normatividad necesaria para que estas tecnologas se puedan incorporar exitosamente a la red.