Sem Elec 2013 Doctecnico

8/12/2019 Sem Elec 2013 Doctecnico

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Estabilidad en los Sistemas Elctricos de Potencia

con Generacin Renovable


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Estabilidad en los Sistemas Elctricos de Potencia con

Generacin Renovable

OLADE, 2013

Victorio Oxilia Dvalos, Secretario Ejecutivo

Nstor Luna, Director de Estudios y Proyectos

Gabriel Salazar, Coordinador de Electricidad

Autores:

Adiela Arenas, Consultora

Pablo Mediavilla, Consultor

Fabio Garca, Especialista, Direccin de Estudios y Proyectos

Pablo Garcs, Especialista, Direccin de Estudios y Proyectos

Diseo y diagramacin:

Patricio Izquierdo

Se permite la reproduccin total o parcial de este documento a

condicin de que se mencione la fuente

Quito, Ecuador, octubre 2013


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Estabilidad en los SistemasElctricos de Potencia

con Generacin Renovable


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CONTENIDO

1. INTRODUCCIN

2. CLASIFICACIN ESTABILIDAD DE SISTEMAS DE

POTENCIA

3. IMPACTO DE LA GENERACIN RENOVABLE EN LAESTABILIDAD DE LOS SISTEMAS DE POTENCIA 3.1. Aspectos tcnicos-operativos 3.1.1. Impacto estabilidad de frecuencia 3.1.2. Impacto en la estabilidad de voltaje

3.1.3. Impacto en la estabilidad transitoria

4. CDIGOS DE RED 4.1. Sustitucin de combustibles fsiles tradicionales 4.2. Aspectos tcnicos 4.2.1. Capacidad de funcionamiento ante fallas 4.2.2. Rango operativo voltaje y frecuencia 4.2.3. Control de potencia reactiva y regulacin de voltaje 4.2.4. Control de potencia reactiva y control de frecuencia 4.2.5. Emisin de Flicker 4.2.6. Emisin de armnicos 4.3. Pases en los que se ha implementado cdigos de red 4.4. Aspectos comerciales y regulatorios

5. SISTEMAS PMU/WAMS 5.1. Proceso de Medicin 5.2. Arquitectura WAMS de PMUs 5.3. Estado de la tecnologa en el mundo 5.3. Experiencias en Amrica Latina y el Caribe 5.3.1. Colombia 5.3.1. Brasil 5.3.1. Ecuador

6. DEFINICIONES

7. REFERENCIAS

5

6

7

7789

1111121213141516161617

1919202021212324

25

27


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1. INTRODUCCIN

Los programas de promocin y fomento a las fuentes de energa no conven-cionales para generacin elctrica derivadas del importante potencial dispo-nible y las polticas de responsabilidad ambiental y soberana energtica en

muchos pases de la Regin de Amrica Latina y El Caribe, en conjunto conel gradual abaratamiento de los costos de inversin e implementacin deestas tecnologas, son factores que han determinado un vertiginoso incre-mento de la capacidad instalada, principalmente elica en la Regin, llegan-do casi a triplicarse su valor en solamente dos aos (2010-2012) pasandode 1,997 MW en 2010 a 4,875 MW en 2012.

El panorama al mediano y largo plazo de acuerdo a algunos planes referen-

ciales de expansin del sector elctrico, hace prever que la participacin delas fuentes de energa renovable no convencionales como la elica, la solar yla geotrmica, dejar de ser marginal en la matriz energtica, para convertir-se en un importante aporte en la generacin de electricidad. El plan decenalde Brasil por ejemplo, calcula que al 2020 la capacidad instalada de genera-cin elica en ese pas alcanzar los 11,500 MW.

Debido al incremento de la conexin de generacin elica y solar en lasltimas dcadas se ha vuelto necesario analizar la estabilidad del sistema de

potencia ante la entrada de nueva generacin, vindose la necesidad deincluir en los cdigos de red una reglamentacin que regule los posiblesimpactos en el sistema global y sus consecuencias en aspectos como laoperacin tcnica y comercial de los sistemas elctricos en cada pas.

Los sistemas de rea amplia combinados con las tecnologas de medicinsincrofasorial han sido estudiados ampliamente en el mundo como medidapara prevenir los fallos repentinos en el sistema que ocasionan gran impacto

desde prdidas de reas elctricas hasta llegar a apagarse el sistema com-pleto, con las consecuentes prdidas econmicas.

En el marco de este seminario se presenta una revisin de los principalesimpactos de la estabilidad de los sistemas de potencia ante la entrada degeneracin elica y solar a la luz de los cdigos de red reglamentado en laactualidad. Tambin se presenta el tema de la tecnologa WAM/PMU y loscasos de tres pases en Amrica Latina y El Caribe que han implementadoesta tecnologa.

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2. CLASIFICACIN ESTABILDIAD DE SISTEMAS DE POTENCIA

Figura No. 1Clasificacin estabilidad sistemas de potencia

Fuente: Elaboracin propia a partir de la clasificacin Kundur.

6

Granperturbacin

Derivaunaprimeraoscilacin

Aperidica

Tiempoestudio>10s

Trastornosseveros

Grandesexcursionesde

voltajeyfrecuencia

Dinmicasrpidasylentas

Tiempoestudiohasta

variosmin

Frecuenciadelsistema

uniforme

Bajasdinmicas

Tiempoestudiohasta

variosmin

Granperturbacin

Eventosdesuicheo

DinmicaULTC,cargas

Coordinacindecontroles

yproteccin

Estabilidad

transitoria

Estabilidadde

medianoplazo

Estabilidadde

largoplazo

Estabilidaddelatensin

degranperturbacin

Estabilidadde

SistemasdePotencia

Habilidaddeunsistemapararetornaraestadoestable

despusdeunapertu

rbacin

Insuficientetorquede

sincronismo

Insuficientetorquedeamorti-

guacin,accindecontrol

inestable

Inestabilidad

nooscilatoria

Inestabilidad

oscilatoria

Estadoestable

RelacionesP/Q-V

Mrgenesdeestabilidad,

reservaQ

Estabilidaddevoltaje

depequeaperturbac

in

Estabilidaddepequeaseal

Estabilidaddefrecuencia

Habilidadde

balancearpotencia

activa(gene

racin,carga)

Habilidadparamantenerelvoltaje

enestadoestable

Balancedepotenciaactiva

Habilidaddemantenersinc

ronismo

Balancedetorquedemqu

inas

sincrnicas

Estabilidaddevoltaje

Estabilidaddengul

o


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3. IMPACTO DE LA GENERACIN RENOVABLE EN LAESTABILIDAD DE LOS SISTEMAS DE POTENCIA

3.1. Aspectos tcnicos - operativos

De acuerdo con la clasificacin de la estabilidad de los sistemas de potenciadada en la sesin anterior se analiza el impacto en la estabilidad de lossistemas de potencia ocasionado por la entrada de generacin elica y solar.

3.1.1. Estabil idad de frecuencia

A continuacin se ilustra el concepto de la estabilidad de frecuencia,mediante la respuesta de un sistema tpico ante una perturbacin en elsistema (rechazo de carga preventivo)

Figura 2.Frecuencia vs. tiempo. Estabilidad de Frecuencia

Fuente: Manual Power Factory Digsilent.

Se observa el impacto de la inercia acumulada en las masas rotantes y laactuacin que deben seguir de los controles para retornar a estado estable,

una vez ocurrida una perturbacin en el sistema como un rechazo de cargapreventivo.

Para los sistemas elicos y solares, la naturaleza variable de la generacinno tiene en muchos casos ningn impacto considerable en la estabilidad defrecuencia, incluyendo una ventana de tiempo desde pocos segundos hastalos intervalos de tiempo relevantes para el control secundario (15 minutos).Sin embargo, el hecho de que los aerogeneradores de velocidad variable einversores fotovoltaicosmodernos no tengan inercia, influye en la estabilidad

de frecuencia considerablemente. El principal impacto se puede resumir de la

7

20 30 40 50 60 70 80 9010-10

t ens

dF en Hz

Reguladores primarios

Inercia masas rotantes

Gradiente (df/dt) ~PRechazo de cargapreventivo

Desviacin de estado estacionario

0,1

0

-0.1

-0.2

-0.3

-0.4

-0.5

-0.6

-0.7

-0.8

-0.9


8/28

siguiente manera:

La reducida inercia de estos sistemas conduce a un ms rpido cambio derango de frecuencia y a unas cadas de frecuencia ms profundas. Esto esparticularmente relevante en el caso de redes en isla o en el caso de que

exista aislamiento de una parte del sistema.

La cantidad total de reserva primaria y secundaria permanece usualmente sincambio (asumiendo que los generadores elicos e inversores solares poseenla capacidad FRT y LVRT) debido a que en el peor de los casos,las reservase define para la unidad de generacin ms grande y no por variabilidadelica y solar.

nicamente en el caso de sistemas con niveles de muy alta penetracin

elica y solar cuando las plantas convencionalesno puedan cubrir las reser-vas de control primario y secundario, ser necesario que tambin la genera-cin solar y elica contribuya a ello.

3.1.2. Impacto en la estabil idad de voltaje

A continuacin se ilustra el concepto de estabilidad de tensin a partir de larespuesta en distintas barras de un sistema de potencia tpico, ante un eventoocasionado por la falla en una lnea de transmisin.

Se observa que para esta ventana de tiempo de simulacin (20 s) la barra delsistema BUFF 300, no puede recuperarse y origina una inestabilidad detensin.

Figura 3.Voltaje vs tiempo. Estabilidad de voltaje


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Generalmente los generadores modernos elicos y fotovoltaicos tienensimilar capacidad de control de potencia reactiva que los generadores sincr-nicos de grandes plantas de potencia convencional. Sin embargo, debido aque grandes generadores sincrnicos conectados a los niveles de transmi-sin sedesconectaran durante tiempos de alta generacin elica y solar, su

integracin puede tener impactos negativos en la estabilidad de voltaje, acontinuacin se muestran algunas consideraciones:

La potencia reactiva no se puede transferir a travs de largas distan-cias, sino que debe estar disponible localmente. Sin embargo, losparques elicos especialmente son muy a menudo localizados enreas remotas (remotas desde los centros de carga). Por esta raznincluso si los parques elicos estn habilitados para entregar potenciareactiva, esta podra no estar disponible en la localizacin donde sea

requerido instantneamente.

Muchos generadores elicos y solares estn integrados en niveles de

voltaje ms bajos que las grandes plantas de potencia. Tpicamente elcontrol de voltaje est estrictamente basado en un concepto, dondelos transformadores con cambiadores de tapsregulan el voltaje delnivel inmediatamente inferior, lo cual significa que el balance depotencia reactiva es nicamente posible en la direccin del ms alto alms bajo nivel de potencia. As, la capacidad de potencia reactiva deun generador elico y fotovoltaico integrado a los sistemas desubtransmisin o distribucin podra no estar disponible para losprincipales niveles de transmisin.

Sin embargo, estas cuestiones normalmente se pueden mitigar con costosmoderados mediante la instalacin de compensacin de potencia reactiva.

3.1.3. Impacto en la Estabil idad de ngulo

La estabilidad de ngulo como se observa en la clasificacin, se divide enestabilidad oscilatoria (o angular de pequeas perturbaciones) y en estabili-dad transitoria(o angular de grandes perturbaciones). Por el impacto en elsistema global que puede ocasionar la estabilidad transitoria, este documentose concentrar en l.

3.1.3.1. Estabilidad transitoria

La figura siguiente ilustra el concepto de la estabilidad transitoria. Se ha reali-

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zado una falla trifsica en una de las barras de alta tensin del sistema(perturbacin) y se han tomado la respuesta del ngulo rotor contra la poten-cia, en la misma grfica se observa que para la figura de la izquierda que seha perdido el sincronismo, en este caso si el tiempo crtico de falla se encuen-tra por encima de los 150 ms aproximadamente las protecciones actuarn y

despejaran la falla, en caso contrario el sistema caer en una prdida desincronismo.

Figura 4.ngulo Rotor vs Potencia. Estabilidad Transitoria


Si con la adicin de una nueva planta de potencia, los tiempos de despejecrtico de fallas aumentan, el impacto de la nueva planta de potencia es positi-vo. Si los tiempos de despeje de fallas crticos decrementan y se mueven mscerca al actual tiempo de despeje crtico, el impacto es negativo.

Esto podra ser tolerable, siempre y cuando los momentos crticos de despejede fallas se mantengan por encima de tiempos de despeje de fallas reales(por ejemplo, 150 ms)

Puesto que los generadores elicos y solares no tienen un problema de esta-bilidad transitoria en s mismos, sus impactos (positivos o negativos) en tiem-pos de despeje crticos de falla es nicamente indirecto.

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Nmero de identificacin

Ttulo

Alcance

Definiciones

Reglas generales y especiales

Estructura

4. CDIGOS DE RED

Los Cdigos de Red empezaron a aparecer abiertamente los primeros aosde la dcada de los 90s alrededor del mundo, tras el surgimiento deproblemas como los controles sobre las emisiones gases de efecto

invernadero en las distintas plantas de generacin con base en combustiblesfsiles, as como el incremento y volatilidad del precio de los mismos, hanforzado un acelerado desarrollo y uso de fuentes alternativas de energa.

Desde hace treinta aos, aproximadamente, el ndice de penetracin decentrales de generacin con fuentes renovables de energa ha tenido unnotable incremento, principalmente en pases de Europa y en EstadosUnidos, a tal punto que se prev que para el ao 2030 ms del 20% de laenerga elctrica generada a nivel mundial ser debido a la explotacin de los

recursos elicos.

El incremento en la penetracin de la generacin elica ha tenido un impactoen la estabilidad y confiabilidad de los sistemas elctricos de potencia. Con elfin de mantener la continuidad y seguridad del suministro de electricidad,varios pases han desarrollado sus cdigos de red especficos para laconexin de parques elicos a la red elctrica.

Los cdigos de red son conjuntos de documentos en los que se encuentranredactadas las normas que regulan la conexin de una planta de generacinde energa elctrica, en estos documentos se detallan las condicionestcnicas y operativas que garanticen que se cumpla con los estndares decalidad.

4.1. Caractersticas de los Cdigos de Red

En un cdigo de red define ciertas obligaciones para las distintas entidadesque operan, planean o utilizan un sistema de transmisin.

Con la finalidad de hacer que los cdigos de red sean ms claros puedencontar con los siguientes elementos:


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Transparencia

Claridad

Pruebas para el futuro

Terminologa consistente

Objetivos

4.2. Aspectos tcnicos

A continuacin se detallan las exigencias tcnicas encontradas en la mayorade los cdigos de red en lo concerniente a la conexin de generacin elica.Entre las cuales se incluyen capacidad de funcionamiento ante la presenciade fallas, voltaje del sistema y rango operativo de frecuencia, regulacin devoltaje y potencia reactiva, regulacin de potencia activa y control defrecuencia as como las emisiones de flicker de voltaje y contenido de

armnicos.

4.2.1. Capacidad de Funcionamiento ante la presencia deFallas en el Sistema

El gran incremento de la capacidad elica instalada en los sistemas detransmisin, especialmente en la ltima dcada, requiere que la generacinelica permanezca en operacin en el caso de perturbaciones y fallas en elsistema de potencia. Por esta razn los cdigos de red emitidos los ltimos

aos invariablemente demandan que los generadores elicos, especialmentelos que se encuentran conectados a redes de alto voltaje, sean capaces deresistir cadas de voltaje hasta un determinado valor del voltaje nominal(0-15%) y por un tiempo especificado, dependiendo de las regulaciones decada pas.

Estos requerimientos conocidos como Capacidad dante fallas(FaultRideThrough, FRT) son descritas por caractersticas de voltaje vs.tiempo como se muestra en la figura, mostrando el mnimo nivel deinmunidad requerido en el generador elico. Los requerimientos de FRT antecadas de voltaje es uno de los enfoques ms importantes de los cdigos dered y adems incluyen el restablecimiento rpido de potencia activa y reactivaa los valores en condiciones de pre-falla, una vez que el voltaje del sistemaregresa a sus niveles normales de operacin.

Algunos cdigos imponen un incremento en la generacin de potenciareactiva por parte de las turbinas elicas durante la perturbacin, con el fin deproveer soporte de voltaje, un requerimiento que se asemeja alcomportamiento de los generadores sincrnicos convencionales que se


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400

220

132

110

66

33

420

245

145

121

72,5

34,65

(+)5 hasta -10

(+)11 hasta -9

(+) 10 hasta -9

(+) 10 hasta -12,5

(+) 10 hasta -9

(+) 5 hasta -10

360

200

120

96,25

60

29,7

Lmite de Variacin (%)

Voltaje (kV)

Nominal Mximo Mnimo

13

% del voltaje nominal

Valor mnimo de labanda de voltaje

Tiempo de falla

100%

80%

60%

40%

20%

0%VoltajeTerminalenelPCC

(%d

elVoltajeNominal)

-50 200

450

700

950

1200

1450

1700

1950

2200

2450

2700

2950

3200

TIempo (ms)

encuentran operando en condiciones de sobre-excitacin. Losrequerimientos dependen de las caractersticas especficas de cada sistemade potencia y de las protecciones empleadas y de las desviacionessignificativas entre unas y otras.

Figura. 5.Curva Tpica de Voltaje Terminal de un Parque Elico en un PCC

Fuente: Technical and Regulatory Exigencies for Grid Connection of Wind Generation.

Instituto de energa elctrica, Universidad Nacional de San Juan Argentina.

4.2.2. Rango Operativo de Voltaje y Frecuencia

Los parques elicos deben estar en la capacidad de operar continuamentedentro de los lmites de variacin de voltaje y frecuencia que se puedenpresentar durante la operacin normal del sistema. Adicionalmente, debenmantenerse operando s se presenta el caso de que una de estas variacionessalga de los lmites de operacin normal, por un tiempo limitado y en algunoscasos reducir la capacidad de entrega de energa.

A continuacin se presenta una tabla con los valores tpicos tolerables paraciertos niveles del rango operativo de voltaje, para el caso de India.

Tabla 1.Lmites operativos de Voltaje para parques Elicos

Fuente: Technical and Regulatory Exigencies for Grid Connection of Wind Genera-tion. Instituto de energa elctrica, Universidad Nacional de San Juan Argentina.


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Reduccin depotencia 10%

Reduccin depotencia 10%V

oltajeterminal(V)

Frecuencia de sistema (Hz)

VH

VHF

Vr

VLF

VL

1 h

30 min.Reduccin de potencia 15%

a 47.5 Hz

3 min.Sin generacin activa

de potencia

rea deoperacin

continua

1 h

47.5 48.5 49.5 50 50.5 51.5 52.5

4.2.3. Control de Potencia Reactiva y Regulacin de Voltaje

Los requerimientos de control de potencia reactiva se relacionan con lascaractersticas de cada red y el nivel de voltaje considerado, dada la

influencia de la inyeccin de potencia reactiva en el perfil de voltaje estdirectamente determinada por la capacidad de cortocircuito y la impedanciaen el PCC del parque elico. La capacidad de cortocircuito en un puntodeterminado de la red elctrica representa la fuerza o robustez del sistema.

Est claro que las variaciones de la potencia generada resultan envariaciones de voltaje en el PCC. Si la impedancia es pequea, la red esfuerte, entonces las variaciones de voltaje son pequeas. Mientras que, s laimpedancia es alta, la red es dbil, entonces las variaciones de voltaje son

fuertes.

Figura. 6.Curva Tpica de Dimensionamiento de Voltaje y Frecuenciapara Generadores Elicos



El voltaje est relacionado muy de cerca con la potencia reactiva; enconsecuencia las turbinas elicas con la capacidad de controlar la potenciareactiva pueden soportar y regular el voltaje local en el PCC.

Los grandes parques elicos modernos deben tener la capacidad decontrolar tanto la potencia activa como la reactiva. En el caso de las turbinasde velocidad fija con generadores convencionales de induccin, la potencia

reactiva puede ser controlada por bancos de capacitores encendidos portiristores. Adems, una unidad de control dinmico de potencia reactiva


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basada en convertidores de potencia puede ser instalada adicionalmente enel PCC a pesar de los elevados costos.Figura. 7.Curva tpica de limitacin de potencia para generadores elicos



4.2.4. Control de Potencia Activa y Control de Frecuencia

Uno de los factores ms limitantes e importantes en la integracin de laenerga elica en la red elctrica es la reserva rodante necesaria debida a lavariabilidad del viento y la posible prdida repentina de la generacin elica.

Usualmente, una buena prediccin del viento puede alcanzarse de 1 a 4horas adelante; si embargo los mejores mtodos de prediccin son aunnecesarios. Con el fin de evitar el colapso del sistema de potencia, unareserva rodante adecuada o conexiones muy fuertes con otros pases sonnecesarias.

Figura. 8. Regulacin de Potencia Activa y Frecuencia



PotenciaActiva

(5delaPotenciaNominal) 100%

75%

50%

25%

0%

-10 -5 0 5 10

Potencia Reactiva Recibida(% de la Potencia Nominal)

Potencia Reactiva Entregada(% de la Potencia Nominal)

PotenciaActivaGenerada

(%d

elaPotenciaNominal)

Frecuencia (Hz)

120

100

80

60

40

20

047 48 49 50 51 52


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4.2.5. Emisin de Flicker

El llamado Flicker es otro problema de calidad en generacin elica deenerga asociado con la red elctrica. El flicker est definido como una

medicin de molestia o parpadeo de la luz de las bombillas, causada porfluctuaciones de potencia activa y reactiva como resultado de un cambiorpido en la velocidad del viento. Las fluctuaciones en el valor RMS delvoltaje del sistema pueden causar un flicker de luz perceptible dependiendode la magnitud y frecuencia de la fluctuacin.

Existen dos tipos de emisiones de flicker asociadas con las turbinas elicas,durante la operacin continua y la operacin de conmutacin (switching)debido a las conmutaciones del generador y el capacitor. Esta operacin es

la condicin de apertura y cierre en la turbina elica. El estndar IEC61400-21 requiere que el flicker sea monitoreado en estos dos modos.Frecuentemente uno u otro es predominante. Los lmites aceptables de flickergeneralmente estn establecidos para utilidades individuales.

4.2.6. Emisin de Armnicos

Las perturbaciones armnicas son fenmenos asociados con la distorsin dela forma de la onda sinusoidal y se producen por la no linealidad del

equipamiento elctrico. La emisin de armnicos es otro asunto crucial paralas turbinas elicas conectadas a la red debido a que podran resultar endistorsiones y pulsaciones de torque, las que consecuentemente causaranposibles sobrecalentamientos destructivos en los generadores y en otrosequipos, adems de otros problemas como incrementos en corrientes yperdidas adicionales de potencia.

4.3. Aspectos comerciales y regulatorios

A continuacin se presenta un resumen de los principales aspectoscomerciales y regulatorios de la conexin de energa renovable en el mundo.


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Alemania

EspaaBrasil

Reino UnidoGuatemalaNueva ZelandaCosta RicaNoruegaChile

Generador

GeneradorGenerador pero granfinanciamiento estatalGeneradorGeneradorGeneradorOperador de redGeneradorGenerador

Si

SiNo (intersestatal)NoNoNoSiNoNo

Operador de red

Operador de redOperador de red

GeneradorGeneradorOperador de redOperador de redGeneradorGenerador

PasPrioridad de

conexin a gene-racin renovable

Quin pagainfraestructura de

transmisin?

Quin pagaampliaciones y

refuerzos de red?

17

Tabla 2.Resumen principales aspectos comerciales de la conexin

Fuente: Daniel Celis. Pontificia Universidad Catlica de Chile.

Cada pas tiene consideraciones propias con respecto a los costos deconexin de generacin elica y solar, resaltndose los casos de Alemania yEspaa donde la generacin renovable tiene prioridad para la conexin y enel caso de que deban hacerse refuerzos en las redes elctricas para laentrada de esta nueva generacin el operador de red asumir los costos.

4.4. Pases en los que se han implementado los Cdigos de Red

Los cdigos de red se han implementado en muchos pases alrededor delmundo, siendo el caso ms importante el de los pases Europeos; acontinuacin se muestra un mapa con los pases que han desarrollado eimplementado estos cdigos de red.

Figura 9. Cdigos de red implementados

Fuente: Grid Code Evolution in Europe, EPRI, Albuquerque, Diciembre 2010.


18/2818

Es necesario sealar que pases tales como: India, China, Ruanda, Perentre otros, se han visto en la necesidad de redactar y poner en vigencia suscdigos de red, tomando en cuenta que para cada caso se tienen distintasespecificaciones.


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5. SISTEMAS PMU/WAMS

Las unidades de Medicin fasorial como su nombre lo indica realizan unamedida de los fasores de corriente y tensin de la red elctrica, garantizando

sincronizacin en las medidasy una alta tasa de muestreo que permite unavisualizacin en tiempo real del sistema, siendo un factor clave paradeterminar flujos de potencia y en general el estado del sistema.

El conjunto de dos o ms PMUs instaladas en el sistema y los software deanlisis de datos provenientes de estas es llamado un WAMS de PMUs.

A continuacin se presenta un ejemplo de la tecnologa de medicin fasorialpara sistemas de potencia, donde se observa que pueden medirse en

distintos puntos del sistema los fasores de corriente y tensin necesarios.

Figura 10.Tecnologa de medicin fasorial

Fuente: CENACE. Autores: Araque y Barba

5.1. Proceso de medicin sincrofasor ial

Se comparan las seales de distintos puntos del sistema con una seal dereferencia. Las seales de voltajes y frecuencias se comparan para producirlas medidas del sincrofasor.

Los datos son enviados a travs de canales y procesados en un sitio centralpor medio de software especializado.


20/2820

Figura 11. Proceso de medicin sincrofasorial

Fuente: Proyecto SIRENA XM

Concentradores de datos fasoriales

Los PDC son los sistemas que permiten concentrar y correlacionar los datosde los fasores adquiridos en los dispositivos PMUs, con el objetivo de teneruna forma central de manejar las banderas de los tiempos, ejecutarrevisiones de calidad de datos de los fasores, proporcionar las salidad de

interfaz directa para los sistemas EMS.

Figura 12. Proceso de medicin concentrador de datos fasoriales

Fuente: CENACE. Autores: Araque y Barba

5.2. Estado de la tecnologa en el mundo

Estos dispositivos han sido implementados para distintas aplicaciones, envarios pases. A continuacin se presenta una tabla resumen con lasaplicaciones y los estados en los que se encuentra en los pases lderes en

esta tecnologa.


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Tabla 3.Aplicaciones PMUs


5.3. Experiencias en Amrica Latina y El Caribe

5.3.1. Proyecto SIRENA Colombia

Sistema Avanzado de Supervisin, Control y Proteccin

En el ao 2007 despus del apagn generalizado que sufri el pas eloperador del mercado elctrico XM, se propuso implementar un programa derespaldo del sistema nacional ante eventos de gran magnitud pero de difcilocurrencia.

Uno de los objetivos del programa era la implementacin de un sistemaWAMS/WACS y el uso de las ltimas tecnologas en monitorio de sistemas de

potencia PMU.

Principales puntos del programa:

Al simular contingencias extremas como disparos de subestaciones ocontingencias superiores a n-1,se encontr que con el comportamientoangular es factible identificar subareas problemas.

Identificar grupos angulares coherentes, medir su velocidad angular de

separacin del grupo principal y segn su direccin (adelanto o atraso)

Anlisis post-disturbios

Monitoreo de estabilidadMonitoreo de sobrecargastrmicasRestauracin de sistemasde potenciaValidacin de modelosEstimacin de estadosControl en tiempo realProteccin adaptativa

Estabilizados de rea amplia

X

XX

X

XPTP

T

X

XX

X

XPTP

T

Aplicaciones de PMU NorteAmrica Europa China India Brasil Rusia

X

XX

X

XPTP

T

P

PP

P

PPPP

P

T

PP

P

TPPP

P

X

XX

P

XPPP

PX: Implementado, P: Planificado, T: En prueba

21


22/28

discernir si el problema involucra la necesidad de disparar carga ogeneracin.

El proyecto de I+D que se realiza en alianza con la UPB identifica la manera

de agrupar los ngulos promedios por reas operativas, identificacin degrupos por corte angular y la determinacin de ngulos de referencia.

La siguiente figura ilustra el proyecto completo, donde se observan las PMUsinstaladas y en instalacin al ao 2012.

Figura 13.Implementacin de PMUs.


Para el ao 2011 se realiz la simulacin del sistema elctrico conherramientas de anlisis para datos fasoriales a fin de determinar cules son

las ventajas y desventajas de cada una de ellas.

Para el presenta ao (2013) se tiene como objetivo principal contar con 40unidades de medicin fasorial, 25 PMU en la localizacin que se indica en elmapa, 15 PMU adicionales se instalaran para: Observabilidad de red parandices de seguridad, verificacin de parmetros de generacin y supervisinde 500 kV.

Para el ao 2016 se planifica realizar la integracin con EMS SCADA, realizar

comunicacin en nube y tener protecciones de repaldo en comunicacinpermanente.

22


23/28

5.3.2. Proyecto MedFasee WAMS-Brasil

El proyecto empez en el ao 2003 cuyo principal objetivo era desarrollar latecnologa de medicin sincrofasorial en Brasil y estudiar sus aplicaciones. El

proyecto se desarroll en tres fases:Fase 1:

Un primer prototipo con tres unidades de medicin de fasores (PMU) y unconcentrador de datos fasoriales (PDC) se complet a finales de 2004.Las unidades de gestin se instalaron en tres universidades en el sur deBrasil. Los PMU midieron la tensin de salida de las tres fases. Losfasores fueron enviados a un PDC instalado en la Universidad Federal de

Santa Catarina (UFSC), en Florianpolis, estado de Santa Catarina.Aunque las alternativas comerciales estaban disponibles en el momento,los prototipos PMU y el PDC fueron totalmente desarrollados por el equipoMedFasee con el fin de adquirir conocimientos tcnicos en tecnologaWAMS.

Fase 2:

En el 2008, el prototipo fue expandido con la instalacin de PMUs en otras

seis universidades alrededor del pas.Puesto que los resultados de la faseI mostraron que la informacin relevante en bajo voltaje del sistema enalto voltaje pude adquirirse, esta expansin podra permitir un monitoreoms amplio del BIPS, cubriendo muchas de sus reas geo-elctricas.

Los viejos prototipos de PMU fueron reemplazados por un equipamiento yel PDC fue rediseado siguiendo el estndar de la IEEE 37118/2005

Fase 3

En el 2010, cinco PMUs se incorporaron en el sistema de bajo voltaje deWAMS, los objetivos eran mejorarla observabilidaddel sistemainterconectado ycubrirtodas las regionesgeo-elctricos.

Aunque se mantuvo el PDC desarrollado anteriormente para el proyecto,se desarroll una nueva arquitectura jerrquica, con el objetivo de teneruna aplicacincon utilidad al sistema brasileo. El openPDC fueproporcionado libremente por la Autoridad del Valle de Tennessee (TVA),

se encuentra en la actualidad integrado enel prototipo

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WAMScomoFrontEndPDC. Este ha sido probado y su rendimiento escomparable con el PDCMedFasee.

En la siguiente figura se muestran las ubicaciones de las PMUs yPDCs,

Las etiquetas pegadas a las PMU se utilizan para identificacin de losgrficos de todo el documento.

Figura 14. PMU en el Sistema interconectado Brasilero

Fuente: Experience of WAMS Development and Applications in Brazil.

5.3.3. Proyecto Sistema Ecuatoriano

El sistema ecuatoriano tiene varios problemas de carcter sistmico uno deellos es la cargabiliad del Sistema nacional de transmisin, agravado por lafalta de compensacin reactiva. Por estos motivos la operacin se encarecey se desoptmiza el despacho. En las lneas de transmisin Santa Rosa

Totoras, Daule Peripa Portoviejo y Daule Peripa Quevedo, lastransferencias elevadas de potencia han provocado en ms de una ocasininestabilidad en la zona, producindose oscilaciones en el sistema.

Por estos motivos el centro nacional de energa se propuso laimplementacin de un sistema de medicin de rea amplia WAMS basado enel uso de medicin sincrofasorialPMUs con el objetivo de obtener unamedicin de alta calidad y velocidad. En el momento se encuentraninstalados 7 PMUs en las principales subestaciones del anillo troncal de 230

kV del Sistema Nacional Interconectado y hasta finales del ao 2013 se previnstalar 7 PMUs adicionales.

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6. DEFINICIONES

En los sistemas de potencia modernos el desbalance generacin-cargapuede corregirse de la siguiente manera:

De acuerdo al despacho:

El desbalance total del sistema puede ser controlado por el generador slack(referencia).

Segn el control secundario:

Cuando exista un desbalance de potencia activa en la red, corregir el

desbalance de acuerdo a la orden de los controles secundarios, bajando osubiendo generacin.

Segn el control primario:

Despus de ocurrida una perturbacin, los gobernadores de las unidades queparticipan en el control primario aumentan o disminuyen la potencia de laturbina haciendo que la frecuencia se ajuste a su valor nominal. El balancede potencia activa se establece por todos los generadores que tengan una

ganancia de control primario, de acuerdo a la cada de frecuenciacorrespondiente.

Segn inercias:

Inmediatamente despus de una perturbacin, la faltan o exceso de energase libera de la energa cintica almacenada en la masa de rotacin de lasturbinas. Esto lleva a una desaceleracin o aceleracin y por lo tanto a unadisminucin o aumento en la frecuencia del sistema.

La contribucin de cada generador individual hacia la potencia total adicionalnecesaria, es proporcional a su inercia el balance de potencia es establecidopor todos los generadores. Las contribuciones individuales para el equilibrioson proporcionales a la constante de tiempo inercia / aceleracin de cadagenerador.

Tiempo de despeje de falla crtico:

Es el mximo tiempo de despeje de falla, para el cual todos los generadores

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sincrnicos en un sistema de potencia permanezcan en sincronismo.

Capacidad FRT:

En las ltimas dcadas la capacidad elica ha aumentado considerablementeen los sistemas de transmisin, esto ha requerido que los cdigos de redpublicados en los ltimos aos, exijan que los generadores puedan soportarlas cadas de tensin del sistema en un determinado porcentaje de la tensinnominal (0-15 %) y durante un tiempo determinado que depende de laregulacin de cada pas. Estos requisitos se conocen como FRT paraprotegerse de fallo en alta tensin, o LVRT para el caso de proteccin de bajatensin.

En la siguiente figura se observa la caracterstica tpica de estas funciones,Voltaje en terminales contra el tiempo caracterstico. Esto se denota segnKim &Dah-Chuan Lu, 2010, como la inmunidad mnima requerida delgenerador de energa elica.

Figura 15.Capacidad FRT requerida para un generador elico

Fuente: Technical and Regulatory Exigencies for Grid Connection of Wind Generation.Instituto de energa elctrica, Universidad Nacional de San Juan Argentina.

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VoltajeTerminaldeGeneracinElica

PCC

(%d

eVoltajeNominal)

Menor valor debanda de voltaje

Tiempo (ms)

0 150 750 1500 2250 3000

100

80

60

40

20

0


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7. REFERENCIAS

Digsilent.zvvvManual Power Factory

XM Colombia. Proyecto SIRENA

CENACE, Unidades de Medicin Fasorial PMU

Instituto de Energa Elctrica. Universidad Nacional de San Juan Argentina.

Technical and Regulatory Exigencies for Grid Connection of Wind Generation.

Universidad Federal de Santa Catarina. Experience of WAMS Development

and Applications in Brazil

Pontifica Universidad Catlica de Chile Escuela de Ingeniera. Conexin de

energas renovables no convencionales al sistema.

P. Kundur. Power system stability and control

Bruno Fey. Grid Codes for Wind PowerIntegration in Spain and

Germany:Use of Incentive Payments toEncourage Grid-Friendly Wind Power

Plants

Deutsche Gesellschaftfr international Zusammenarbeit (GIZ) GmbH.Analysis of Power System Stability inDeveloping and Emerging Countries

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