Estabilidad del sistema y energía eólica1
RED ELÉCTRICA DE ESPAÑA
La Energía Eólica y su Integración en la Red2ª Sesión: Estabilidad de red y energía eólica
Luis Imaz MonforteDirector de Desarrollo de la Red
D E ESPA Ñ AR ED ELÉCT RIC A
Madrid24 de Enero de 2006.
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Estabilidad del Sistema y Energía Eólica:
Introducción: ¿qué entendemos por estabilidad?Clasificaciones posibles de la estabilidad. Dinámicas de los fenómenos y dinámicas involucradas.¿Para que sirven los estudios de estabilidad?
Particularidades del sistema eléctrico español:PenínsulaSEIE
Estudios de integración de energía eólica.
Conclusiones.
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Introducción: ¿qué entendemos por estabilidad?
La capacidad de los sistemas de energía eléctrica para permanecer en un punto de funcionamiento estable o de alcanzar un nuevo punto de funcionamiento estable tras la ocurrencia de una perturbación.
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Introducción: ¿qué entendemos por estabilidad?
La capacidad de los sistemas de energía eléctrica para permanecer en un punto de funcionamiento estable o de alcanzar un nuevo punto de funcionamiento estable tras la ocurrencia de una perturbación.
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Dinámicas de los fenómenos:
Long-term Dynamics
Middle-term Dynamics
Transient stability
Asynchronous motors
Generator and Excitation
Unit Inertia
Primary Control
Frequency Load Shedding
Boiler Dynamics
On Load Tap Changers
Overcurrent Limiters
Fast Unit Start-up
Load Frequency Control Tertiary Control
Reliability
Dispatcher Action
Operation planning
0.1 1 10 100 1000 10000
1min 1hour
Time [sec]
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Estabilidad de tensionesEstabilidad de Ángulo
•Capacidad para mantener el sincronismo•Equilibrio de par en las máquinas síncronas
•Capacidad de mantener tensiones estacionarias aceptables•Equilibrio de potencia reactiva
•Capacidad para permanecer en un punto estable.•Equilibrio entre fuerzas opuestas.
Estabilidad transitoria
Estabilidad de medio plazo
Estabilidad de largo plazo
Estabilidad de tensiones de gran perturbación
•Grandes perturbaciones •Deriva aperiódicade la primera oscilación•10-20 s.
•Problemas severos; grandes excursiones de la frecuencia y la tensión
•Dinámicas lentas y rápidas•Varios minutos.
•Grandes perturbaciones•Maniobras•Dinámicas de los cambiadores de tomas, cargas•Coordinación de protecciones y sistemas de control.
•Dependencia P/Q-V•Márgenes de estabilidad, reserva de Q
Estabilidad de tensiones de pequeña perturbación
Estabilidad de pequeña perturbación
Inestabilidad no-oscilatoria
Inestabilidad oscilatoria
•Par sincronizanteinsuficiente
•Par amortiguador insuficiente•Acción de control inestable
•Dinámicas lentas•Decenas de minutos
Modos locales Control de ModosModos inter-área Modos torsionales
Fuente: “Power System Stability and Control”by Prabha KUNDUR Electric Power ResearchInstitutePower System EngineeringSeries
Clasificaciones de la Estabilidad del sistema:
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Elementos involucrados y datos necesarios:
Flujo de cargas:Solución estática del sistema.
Modelo resto UCTE (Francia detallada + equivalentes resto).
SS.AA. grupos nucleares
Generadores eólicos: modelo de parque equivalente en baja.
Dinámicas representadas: Generadores «ordinarios»:
Máquina eléctrica.
Reguladores de velocidad.
Reguladores de tensión.
Estabilizadores.
Protecciones específicas.
Carga: Potencia, corriente,..
Sistemas Especiales de Protección:
DRS50 interconexiones Francia.
Generadores «régimen especial»:
Generador.
Acoplamiento turbina-generador.
Protecciones específicas
Modelos ad-hoc para representar determinados elementos
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Modelo del sistema
¿En qué consiste un estudio de estabilidad?
-1771,1
PSS/E
¿Satisface los criterios?
Punto de funcionamiento(flujo de cargas)
Modelos y datos dinámicas involucradas
(datos dinámicos)
FinSí No
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¿Por qué se estudia la estabilidad de un sistema eléctrico?
Objetivo: asegurar el funcionamiento estable del sistema frente a perturbaciones:
Ex_ante: incidentes hipotéticos de la red actual.de propuestas de desarrollo.
Ex_post:incidentes ocurridos en la red.
¿Qué obtenemos?Tiempos críticos de despejes de falta: necesidades de equipamiento.Conocimiento causas incidentes: medidas correctoras.Autorización de descargos de la RdT.Integración armónica de nueva generación:
acceso a la redgeneración eólica
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Particularidades del sistema eléctrico peninsular español:
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Particularidades del sistema eléctrico peninsular español: Comparación España-Alemania (2004).
8.263 MW eol.ins.235 TWh dem.an.
38 GW “punta 43 Mhab ”
16.690 MW eol.ins. 553 TWh dem.an.
77 GW “punta”83 Mhab
Cap. ImportaciónA: 1.400 MW CZ: 1.700 MWCH: 3.000 MWDK: 1.750 MWF: 2.100 MWNL: 2.900 MWPL: 1.100 MWS: 460 MW
Cap. ImportaciónF: 1.200 MWP: 1.250 MWMO: 400 MW
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49,810
49,850
49,890
49,930
49,970
50,010
13:00:15 13:00:20 13:00:25 13:00:30 13:00:35 13:00:40 13:00:45
f [Hz]
Uchtelfangen (D)
Cartelle (E)
Albertville (F)
Polaniec (PL)
Heviz (H)Mettlen (CH)
Tajerouine (TN)
5 s
T ≈ 4,1sf ≈ 0,24 Hz
Interdependencia de los sistemas eléctricos: Desconexión intempestiva de 980 MW en España.
40 mHz
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49.70
49.80
49.90
50.00
50.10
50.20
50.30
5:00 5:30 6:00 6:30 7:00 7:30 8:00
Hora
Frec
uenc
ia (H
z)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
8:00
Gen
erac
ión
eólic
a (M
W)
Gran Canaria 9-1-2006
Particularidades de los SEIE:
100 mHz
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Necesaria adecuación de la eólica existente para soportar los huecos de tensión
Extensión del hueco de tensión
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Estudios de integración (máxima penetración):
Los análisis de comportamiento estático y dinámico permiten establecer posibilidades para la generación en distintos ámbitos geográficos.
AMBITO TOPOLÓGICO CARÁCTER DE LIMITACIÓNFlujo de CargasPotencia de CortocircuitoEstabilidadFlujo de CargasPotencia de CortocircuitoEstabilidadBalance P+jQEstabilidad
• Nudo de transporte(y distribución subyacente)
• Zonas Eléctricas
• Sistema
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Estudios de máxima capacidad eólica: resultados Plan H2011 MINECO (Octubre 2002).
Escenario de demanda Producción eólica admisible(t≥500 ms)
Punta 10.000 MWValle 3.000 ÷ 5.000 MW
13.000 MWinst
Capacidad de soportar huecos
de tensión
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Pérdidas de producción por perturbaciones (18/01/2004).
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Pérdidas de producción por perturbaciones.Pérdida de generación eólica asociada al incidente en el autotransformador AT-1 400/220 kV de Magallón 1/8/2005
• 19:00 h: Desconexión del Autotransformador 1 400/220 kV de Magallón
• Pérdida de generación eólica: 600 MW
• 20:36 h: Corriente de conexión del Autotransformador 1 400/220 kV de Magallón
• Pérdida de generación eólica: 1.150MW
MW
Tiempo
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Pérdida de eólica al cerrar el lado de 220 kV del transformador 400/220 kV de Magallón
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
1.05
1.1
Simulación de la propagación del hueco de tensión consecuencia de la energización del transformador
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16-20.000 MWinst
Estudios de máxima capacidad eólica: resultados Revisión actual MITyC.
Escenario de demanda
% de generación eólicaadecuada respecto a la
actual (10GW)
Potencia eólicaadmisible (MW)
Punta 50% < 10.000 MW75% 14.000 MW100% >16.000 MW
Valle 0% 5.000 MW> 10.000 MW75%
Requisitos técnicos de conexión para los parques eólicos: P.O. 12.3 (hueco de tensión)
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Tensión (pu)
1
0,2
0,5 1 Tiempo (seg.)
Instante de comienzo de la perturbación
0,80,95 pu
0 15
despeje de la falta
duración de la falta
1
0,850,5
0
0,9
Generación de reactiva
Consumo de reactiva
operación normalfalta y recuperaciónIreactiva / Itotal (pu)
Capacidad de soportar los «huecos de tensión»: garantía de no desconexión ante una perturbación. (No desconexión en la zona gris de la gráfica).
Consumos de potencia activa y reactiva: Se permiten consumos de activa puntuales 150 ms después de la falta y 150 ms después del despeje de la falta
Reparto entre corriente activa y reactiva (generada o consumida) en el punto de conexión a la red, en función de la tensión en dicho punto.
Tensión en el punto de conexión a la red (pu)
Adaptación del parque generador eólico ante los huecos de tensión: Requisitos técnicos.
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Influencia Interconexiones con Francia:
Interconexiones con Francia Actuales Futuro D/C 400 kV
corredor oriental
Sobrecargas no aceptableslíneas de interconexión
Desconexión de >3000 MW (2500 MW de importación)
Reducción de importación(< 1500 MW) Desconexión de >3000 MW
Valle
(75% adecuado 10.000 MW producidos)
Aceptable (aprox. 2500 MW pérdidos importación 750
MW)
Punta
(75% adecuado 14.000 MW producidos)
Desconexión de >3000 MW
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Conclusiones:Propuestas para una integraciónsegura de la energía eólica.
Adaptación del parque generador eólico ante los huecos de tensión.Control de generación para su operación coordinada con Red Eléctrica.Desarrollo de las interconexiones internacionales: FranciaCoordinación entre Administraciones.