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Integración fuentes renovables no convencionales en
la operación del Sistema Interconectado Nacional
Generación esperada eólica, solar y conectada al STR y SDL
• Cambios en el sistema de transmisión
• Restos Operativos ante cambios en el SIN
• Integración de renovables en redes débiles
Agenda
Generación esperada solar, eólica y conectada al STR y SDL
2018
2019
2020
2021
2023
Sin definir
2017
296 MW
305 MW
1768 MW
213 MW
361 MW
342 MW
271 MW
76 MW
603 MW
81 MW
342 MW
168 MW
3287 MW 2201 MW
1915 MW áreas Emergencia
286 MW áreas Alerta
1050 MW
39 MW
280 MW
200 MW
Concepto*
1569 MW
UPME ORs < 115 kV ORs < 115 kV
Total
En estudio** Aprobados**
*Incluye proyectos solar y eólica**Incluye proyectos de todas las tecnologías
Cambios en el sistema de transmisión
5224
1472614073
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
500 KV 220-230 KV 57.5 -138 KV
2017
2023
Km
Proyectos de transmisión definidos en el plan de expansión UPME.
Retos operativos ante cambios en el SIN
Planeación Operativa
• Pronósticos - Reservas
• Inercia - Estabilidad
• Requisitos de conexión
Supervisión Operativa
• Supervisión
• Supervisión nuevas variables
Coordinación Operativa
• Tratamiento de las desviaciones
• Despacho - Redespacho
Control Operativo
• Control de tensión y frecuencia
RetosTecnologíaProcesos
Competencias Regulación
Retos
Generación Convencional ►Hidráulica y Térmica
• Predecible
• Controlable
Generación variable ►Solar, eólica y pequeñas hidráulicas
• Predecible con incertidumbre
• Controlable en función del clima
Cambio
La integración de
energía solar al
STN, STR y SDL
conlleva a grandes
retos operativos
CAMBIOS
OPERATIVOS
MERCADO
CAMBIOS
REGULATORIOSPREDICCIÓN
OPERACIÓN
COORDINADA
STN-STR-SDL
Para enfrentar los retos se requiere
• Requerimientos de conexión
• Requerimientos operativos
• Requerimientos de información -procedimientos
Es necesario establecer
reglamentación para
fuentes asíncronos con
el fin de evitar
problemas operativos
en los próximos 30
años.
• Japon:
Sobretensiones y
cortes.
• Alemania:
Problemas de
estabilidad y
reactivos.Basado en estudios eléctricos y mejores prácticas internacionales
La máxima capacidad de solar y eólica a integrar depende de la inercia del
sistema.
Retos – Inercia y estabilidad
La máxima capacidad de solar y eólica a integrar depende del nivel de corto circuito
del punto de conexión.
La generación eólica y solar debe de ingresar al sistema cumpliendo requisitos de seguridad y calidad, para seguir operando el sistema con los criterios establecidos por la ley.
Por ejemplo, se pueden incorporar un
total de 2,400 MW de generación solar y eólica, considerando 557 seg de inercia.
Por ejemplo, la máxima generación eólica en Cuestecitas es de aproximadamente
1,300 MW, por ser esta una conexión de gran potencia eólica en un punto débil del sistema de potencia.
• El SCR se considera moderado entre 3 y 5 *
Estabilidad – Conexión de fuentes asíncronas en redes débiles
ꝇ El SCR “short circuit ratio” es un indicador de la cantidad de generación asíncrona que puede ser conectada a un sistema de potencia sin afectar la calidad en el punto de conexión (V, f, harmonicos y flicker)
Sistema de potencia
500 kV
SCR = S mínima de corto circuito en el punto de conexión (sin conectar el generador asíncrono)S del generador asíncrono
Smin
*Power System Voltage Stability- Carson W. Taylor
Sgen
• El SCR < 3 se considera red débil *
Estabilidad – Conexión de fuentes asíncronas en redes débiles
Problemas de estabilidad de voltaje
Red sensible a las variaciones de Q
Operación en los límites de la curva PQ
Disminución del SRCante eventos
Problemas estado estable
Sobretensiones y desconexiones
indeseadas de la planta al inyectar corriente rápida de reactivos
Cambios súbitos del ángulo de la tensión
ocasionan que el inversor no siga el ángulo de la tensión, lo que puede
crear inestabilidad en los lazos de control de
corriente.
Oscilaciones y disminución de la vida
útil del generador causadas por entrada y salida de la zona de FRT
Desconexiones indeseadas al tener rampas rápidas de
incremento de P post-falla
Problemas dinámicos
Menor SCRMenor Pmax
SRC alto SRC bajo
Estabilidad – Conexión de fuentes asíncronas en redes débiles
Problemas de estabilidad de voltaje
SRC alto SRC bajo
Menor SCRMayor cambio en V
Red sensible a las variaciones de Q Problemas
estado estable
Estabilidad – Conexión de fuentes asíncronas en redes débiles
Sobretensiones y desconexiones indeseadas de la planta al inyectar corriente rápida de reactivos
Inestabilidad en los lazos de control de corriente.
Problemas estado estable
Estabilidad – Conexión de fuentes asíncronas en redes débiles
MVA de CC con todas las unidades en línea – STN 500
kV
5100 MVA
0123456789
10
500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500
SCR
S del generador asíncrono
S 5100 MVA S 4100 MVA S 3100 MVA
Estabilidad – Conexión de fuentes asíncronas en redes débiles
1300 MW Generación + maniobra de reactor
Los cambios súbitos del ángulo de la tensión pueden dificultar que el inversor siga correctamente el ángulo de la tensión, lo que puede crear inestabilidad en los lazos de control de corriente de la generación basada en inversores.
Ante la contingencia de la línea a 500 kVCopey – Cuestecitas se observa que la corriente del módulo inversor no es capaz de seguir la referencia, se corrige con la operación del reactor.
1100 MW Generación asíncrona
Estabilidad – Conexión de fuentes asíncronas en redes débiles
Soluciones para mejorara el SCR
Expansión de la red
Aporta al nivel de corto circuito
Condensador síncrono
Aporta al nivel de corto circuito
Proporciona inercia
Soporte dinámico de reactivos
Tiempo de respuesta en segundo
STATCOM -SVC
Soporte dinámico de reactivos
Tiempo de respuesta en ciclos
Estabilidad – Conexión de fuentes asíncronas en redes débiles
Para incrementar el SCR en Sardinian Italia instalaron un condensador síncrono 2 x 250 Mvar
670 MW
988 MW
0
2
4
6
8
10
12
14
SCR SaPe SCR SaCo
SCR
Sin renovables Sin renovables con CS Con renovables Con renovables y CS
Di Giulio, A., Giannuzzi, G. M., Iuliani, V., Palone, F., Rebolini, M., Zaottini, R., & Zunino, S. (2014, August). Increased grid performance using synchronous condensers in multi in-feed multi-
terminal HVDC System. In CIGRE 2014 Conference paper A1-112, Paris August August 25th to 29st.
Mejorar las condiciones de la red y definir losrequerimientos mínimos de conexión de lasfuentes asíncronas, según el estado del arte ylas necesidades actuales y futuras del sistema,permitirán la operación flexible, confiable,económica y segura.
Calle 12 sur 18 - 168 Bloque 2
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@XM_filial_ISA
Medellín - Colombia
Anexos
Panorama mundial energía solar y eólica 2016
0
100
200
300
400
500
600
Solar Eólica
GW
790 GW de energía solar y eólica instalados al 2016
246 MW de energía solar y eólica en China al 2016
7741 41 43
9.1 19.3
169
8250 3.2 29
9.3
0
50
100
150
200
250
300
China US Alemania Japón India Italia
GW
Solar PV Eólica
Hidráulica 11 GW
Térmica 4.6 GW
Cambios en la matriz energética del Sistema Colombiano – Concepto UPME
Menores 1.3 GW
Hidráulica 14.4 GW
Térmica 6.1 GW
Eólica 1.3 GWSolar 0.3 GWMenores 1 GW
*Generación instalada a 2017 + proyectos con concepto UPME al 2023
1
2017 16.6 GW
1
2023 21.8 GW *
59.3
59.4
59.5
59.6
59.7
59.8
59.9
60.0
60.1
0 2 4 6 8 10
700 Seg 635 Seg 589 Seg 557 Seg
515 Seg 481 Seg 471 Seg
Se pueden incorporar un total de 2,400 MW de generación proveniente de Fuentes Renovables no Convecionales, considerando una frecuencia mínima de 59.5 Hz ante pérdida de 300 MW de generación en demanda media.
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600
Máxima integración de FRNC de acuerdo a la inercia* del SIN
FRNC (MW)
Iner
cia
(seg
)
Frec
uen
cia
(Hz)
*El valor de inercia del SIN esta entre 400 y 700 seg
557 seg – 2400 MW FRNC
La máxima capacidad de FRNC a integrar depende de la inercia del sistema.
Retos - Inercia
