Normatividad internacional en instalaciones de sistemas

solares fotovoltaicosOctubre 25 y 26 de 2018

Aspectos de calidad de energía asociados a la instalación de SFV – Parte 2

Andres Insuasty I.GERS S.A.

Contenido parte 1

• Impacto de la generación FV

• Descripción y retos técnicos

• Marco normativo

• Calidad de potencia en estudios de conexión

Retos para la incorporación de SFV en Colombia

• Las redes fueron diseñadas en el esquema tradicional G – T – D – C

• La variabilidad del aporte de potencia a la red impone mayor esfuerzo para la operación y control de la red

• El crecimiento de este rubro es más rápido que la adaptación del sistema

UPME, 2018

Retos para la incorporación de SFV en Colombia

• Su tamaño relativo (para efectos de estudios del sistema) depende del punto de conexión a la red eléctrica

• Pueden tener o no acumulación de energía, en cuyo caso el impacto al sistema será diferente

Aspectos de la incorporación de SFV en el SIN

• Regulación de frecuencia• Significativa en sistemas aislados con penetración de

energía FV >10%

• Flujo inverso de potencia• Afecta coordinación de protecciones y el nivel de

tensión

• Distorsión armónica• Inyección a la red de corriente con armónicos

• Pérdidas en la red• Pueden disminuir

• Cargabilidad de elementos de la red• Puede disminuir

Referentes normativos

• La norma IEEE 1547 define los aspectos a tener en cuenta para la interconexión de generación distribuida a la red

• En calidad de potencia considera tres aspectos:• Limitación a la inyección de corriente directa (IEEE 519)

• Limitación a la inducción de parpadeo de tensión (IEC 61000-4-15)

• Limitación a la inyección de armónicos (IEEE 519)

• Cuando el tamaño de un sistema ER es significativo respecto al sistema de potencia (>10% Sk) puede afectar la regulación de frecuencia

Flujo inverso de potencia

• Cuando la producción de energía es mayor que la demanda entonces los excedentes se exportan hacia otras áreas produciendo flujo de potencia inverso

• Se producen variaciones en la tensión (regulación) ya que los SFV solo inyectan potencia activa (nominalmente). Pueden inyectar reactiva a

• La coordinación de protecciones debe revisarse

• Problemas con la seguridad cuando el interruptor de cabecera está abierto

Flujo inverso de potencia

Fluctuación de la potencia

• Se presenta por la variabilidad de la fuente solar (nubes)

• Causa fluctuación rápida de la tensión

Parpadeo

• Es la fluctuación de la tensión que se manifiesta en la modulación del flujo luminoso que puede producir molestia visual (IEC 61000-4-15)

• En la norma IEEE 1547 se amplía la definición para incluir la mala operación de equipos eléctricos

• Es un indicador estadístico, de allí la dificultad de extrapolarlo a equipos

Armónicos

• Son una representación matemática de la distorsión de una onda respecto de una señal senoidal pura

• Las corrientes distorsionadas se generan por cargas no lineales o, en el caso de energías renovables, fuentes de corriente conmutadas

• La norma que establece los límites y metodología de medición en Colombia es actualmente la IEEE 519 - 2014

Inversores

• La tecnología del inversor es la clave del control de la calidad de potencia en la operación de un SFV óSE conectado a la red

• Con tecnología de conmutación de alta frecuencia se ha logrado:• Alta eficiencia

• Alto factor de potencia

• Bajos armónicos

Inversores

Inversores

Inversores

Ejemplo

5,5 kWp / 230 V

Fuente: Kopicka, Ptacek, Toman. IEEE, 2014

Fluctuación de la tensión

Fluctuación de la tensión

Armónicos

Marco regulatorio colombiano

• CREG 016-2007• Plazo de 30 días para identificar al causante de las

perturbaciones

• Si es debido a un usuario, tiene 8 días para establecer un plazo razonable para corrección

• Si no se logra acuerdo, el OR puede desconectar el equipo o usuario

• Este procedimiento no exime al OR de responsabilidad por los perjuicios causados por deficiencias en la CP

• Si debe indemnizar a un usuario, puede repetir contra el causante de las perturbaciones

• Puede exigir a sus usuarios el diseño de soluciones a las perturbaciones que éste genere

Monitoreo

• A partir de 2005 (CREG 024-2005) los OR deben contar con sistemas de medición y registro de perturbaciones. Éstas deben estar reportadas a la CREG en el archivo ET_Semana_j_PM.csv

• Dicho archivo se puede constituir como prueba de la incidencia de una perturbación en un punto de conexión. Si no, el Usuario podrá acordar con el OR la ejecución de medidas Clase A en su frontera comercial para constatar la existencia de las perturbaciones

Proyecto de resolución CREG 065-2012

• Los OR y los TN son los responsables de identificar las perturbaciones existentes en su sistema y realizar las acciones necesarias para su corrección.

• La corrección de las perturbaciones asociadas con la operación o con las condiciones de los STR y SDL son responsabilidad de los OR.

• Cuando un Usuario se vea perjudicado por una acción u omisión del OR o el TN podrá interponer el reclamo ante la empresa, la cual, deberá responder dentro de los quince (15) días hábiles siguientes a la fecha de su recibo

Aspectos técnicos de nuevas conexiones

• Cargabilidad de líneas y transformadores

• Nivel de cortocircuito

• Flujo de armónicos

• Pérdidas

• Estabilidad transitoria

• Estabilidad de tensión

• Confiabilidad

• Costos transferidos al SIN

Aspectos regulatorios

• Creg 070-98: Condiciones de conexión de generación y carga• Estándares de la calidad de la potencia• Cumplir con IEEE 519-92 o la que la sustituya

• Creg 106-06: Requisitos para la conexión de generación• Estudios de factibilidad y viabilidad del proyecto

• Creg 030-2018: Estudios de conexión simplificados para AGPE y GD• El OR podrá desconectar AGPE y GD que incumplan la

regulación de calidad de potencia

Aspectos normativos

RETIE: “…de obligatorio cumplimiento en Colombia, en todas las instalaciones eléctricas utilizadas en la generación, … y uso final de la electricidad”

• 10.1.1 Diseño detallado (>15 kVA)• Análisis de cargas

incluyendo armónicos

• Cálculo de transformadores incluyendo armónicos

• Cálculo de pérdidas de energía teniendo en cuenta los armónicos

Aspectos normativos

• NTC 5001: Metodologías de evaluación y valores de referencia, de voluntaria aplicación• Adopta límites de IEEE

519-92 para armónicos

• Adopta el Plt como indicador de impacto de flicker y “buen indicador” de las fluctuaciones de tensión

• Incorpora valores de referencia y propone un método de validación del indicador Plt

Aspectos normativos

• IEEE 519: Control de armónicos• Límites y metodología de medición

• IEC 61000-3-6: Límites de armónicos para instalaciones en media y alta tensión

• IEEE 1453: Análisis de “instalaciones fluctuantes”• Límites tomados de IEC• Método de análisis

• IEC 61000-3-7: Evaluación y límites para la conexión de “instalaciones fluctuantes”

Aplicación de IEEE 519-2014

• Los límites establecidos son responsabilidad conjunta entre el operador y el usuario• El usuario controla la inyección de armónicos de

corriente

• El operador controla los armónicos de tensión modificando la impedancia del sistema si es necesario

• El usuario tampoco puede introducir en el sistema elementos pasivos que modifiquen la impedancia del sistema sin coordinarlo con el OR

Aplicación de IEEE 519-2014

• Los límites de la norma son objetivos a alcanzar en la operación

• Por lo tanto, la aplicación de los límites debe tener en cuenta la prospectiva de desarrollo de la red y de la instalación

• El modelado del sistema deberá tener en cuenta los armónicos de fondo

Límites IEEE 2014

Límites IEEE 2014

Límites IEEE 2014

Fluctuación de tensión

• Es la variación del valor eficaz o el valor pico de la tensión normalmente originado por la variación de la carga en un sistema de distribución o parte de él

• Las variaciones pueden ser aleatorias o periódicas• Hornos de arco

• Soldadura

• Arranque de motores (p. ej. ascensores)

• Cargas variables (p. ej. molinos, fragmentadoras, aserraderos)

• Generación eólica

• Fallas (cortocircuito) y reposición

Fluctuación de tensión

• Las fluctuaciones de tensión:• Pueden generar fluctuación de la luz en lámparas

incandescentes y algunos tipos de lámparas fluorescentes

• Son de magnitud menor a la de sag / swell, por lo tanto no causan daño a equipos o procesos

• Así, las fluctuaciones de tensión se limitan para evitar la molestia y disconfort en los sitios de trabajo, lo que puede impactar en la productividad

Fluctuación de tensión - límites

Flicker

• Es la sensación subjetiva de inestabilidad de la sensación visual inducida por un estímulo luminoso cuya luminancia o distribución espectral cambian con el tiempo

Flicker

• Dado que es una sensación visual, para medirlo a través de la variación de la tensión se requiere un modelo complejo que se describe en detalle en la norma IEC 61000-4-15

Pst y Plt

• Los indicadores de severidad del parpadeo luminoso (flicker) se definen como:• Pst: índice de perceptibilidad de flicker de corto tiempo:

se basa en ventanas de observación de 10 minutos, es útil para el dimensionamiento / especificación de equipos

• Plt: índice de perceptibilidad de flicker de largo tiempo: se basa en la agregación de 12 períodos de corto tiempo (2 horas), es útil como indicador de la calidad de la tensión

Pst y Plt

• Pst = 1 representa la fluctuación de tensión (magnitud / frecuencia) que es irritante para el 50% de las personas

• Se basa en el cambio de la luminosidad de una lámpara de 60 W - 60 Hz - 120 V

Propagación de flicker

• La intensidad de flicker disminuye a medida que se acerca a la fuente en proporción a la relación de la potencia de cortocircuito entre el punto de conexión donde se origina y la potencia de cortocircuito de la fuente

• Por lo tanto, en el PCC la intensidad de flicker puede ser menor que la emitida por el equipo o proceso

Preguntas?

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