Experiencia en participación de centrales eólicas en esquemas de respuesta a eventos de frecuencia

14 Diciembre 2011 – TECHWINDGRID 2011 – Madrid - España

Agenda

2

1. Introducción

2. Ejemplos - participación en regulación de frecuencia

• Reducción automática de generación

• Estatismo de frecuencia

• Reserva rodante

3. Caso práctico – Sistema insular

4. Conclusiones

Introducción

Introducción

4

SITUACIÓN ACTUAL

• Aumento de penetración eólica en sistemas eléctricos

• Desplazamiento de generación convencional en el

despacho

• Uso de generación eólica en sistemas “insulares”

• Desarrollo de las prestaciones de control de la

generación eólica

DEMANDA DE PARTICIPACIÓN DE GENERACIÓN EÓLICA EN ASEGURAR LA ESTABILIDAD DE FRECUENCIA

• Códigos de red – requisitos para eólica

• Tecnólogos – desarrollo de herramientas

• Adaptación de la operación de sistemas

Introducción

5

Participación de generación eólica en estabilidad de frecuencia

Estabilidad angular

Estabilidad detensión

Estabilidad defrecuencia

Estabilidad transitoria“Sincronismo”

Estabilidad a pequeñaperturbaciones“Oscilatoria”

Pequeña perturbaciónGran perturbación

CATEGORÍAS

ESTABILIDAD: “La capacidad de permanecer en equilibrio operativo durante las condiciones normales de operación y de recuperar un equilibrio aceptable tras sufrir una perturbación". [Kundur]

Operación asíncrona

Inercia sintética

Oscilaciones de tren de potencia Predicción y

despacho

Regulación de frecuencia

Control de P/Q

Control de tensión

Respuesta a huecos de tensión

Control de tensión

Participación de

generación

eólica

Ejemplos –participación en

regulación de frecuencia

7

Reducción automática de generación

Requisito de control

• Reducción rápida y controlada de potencia activa

a un nivel seguro predefinido

• Acción de control despachada remotamente por

el operador del sistema ante contingencias.

• Requisito del ejemplo es alcanzar nivel seguro

en 10s

Ensayo:

• Planta 20MW

• Aerogeneradores DFIG

8

Estatismo de frecuencia (1)

• Característica ∆P-∆f ~ regulador de velocidad de

generadores convencionales

• Tiempo de reacción: varía

• Modalidades:

• Contribución a sobrefrecuencia

• Contribución a sobrefrecuencia /

subfrecuencia*

• Contribución a subfrecuencia*

*Operación con reserva rodante

Requisito de control

Wind Power

Plant active

power

controls

PoM

Measurements

Operator Settings:

Droops, Dead-band, fo, Modes, Enable.

Governor Characteristics

Ejemplo estatismo asimétrico (ROI)

• Característica de regulación puede ser:

• Estática o ajustada dinámicamente en

tiempo real

• Simétrica o asimétrica

9

Estatismo de frecuencia (2)Ensayo – Respuesta dinámica de la regulación

0,998

1

1,002

1,004

1,006

1,008

1,01

1,012

0 10 20 30 40 50

Time [s]

Frequency [p.u.]

Fmeas

68

70

72

74

76

78

80

82

0 10 20 30 40 50

Time [s]

Power [MW]

Pref

Pmeas

• Planta >100MW

• Aerogeneradores DFIG

• Modo respuesta sub y sobrefrecuencia

(con reserva rodante inicial)

• Estatismo simétrico 10%

• Respuesta a sobrefrecuencia 1%

• Demora inicial < 1,5s

• Tiempo de respuesta < 2s

10

Estatismo de frecuencia (3)Ensayo – Respuesta dinámica de la regulación

• Estatismo simétrico 10%

• Modo respuesta sub y sobrefrecuencia

• Planta operando en respuesta a sobrefrecuencia con escalón de -0,5%

• Demora inicial < 1,5s

• Tiempo de respuesta < 2s

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

0 5 10 15 20 25 30 35

Time [s]

Power [MW]

Pref

Pmeas

1,002

1,003

1,004

1,005

1,006

1,007

1,008

1,009

0 5 10 15 20 25 30 35

Time [s]

Frequency [p.u.]

Fmeas

11

Estatismo de frecuencia (4)Ensayo – Respuesta dinámica de la regulación

• Estatismo simétrico 10%

• Banda muerta 0.08pu en frecuencia

• Planta operando en respuesta a sobrefrecuencia, sin reserva rodante

• Escalón de +1,3%

• Demora inicial < 1,5s

• Tiempo de respuesta < 2s

50

60

70

80

90

100

110

0 5 10 15 20

Time [s]

Power [MW]

Pref

Pmeas

0,998

1

1,002

1,004

1,006

1,008

1,01

1,012

1,014

1,016

0 5 10 15 20

Time [s]

Frequency [p.u.]

Fmeas

12

Estatismo de frecuencia (5)Ensayo – Respuesta del actuador

• Respuesta de aerogenerador individual tipo DFIG

• Modo respuesta a sobrefrecuencia, sin reserva

rodante

• Estatismo 5,5%

• Dinámica de regulación propia del control del

aerogenerador

• Regulación del actuador es continua hasta mínimo

técnico de producción

• Regulación a nivel de central combina diferentes

acciones de control para conseguir la dinámica

requerida y nivel requerido más allá de limitación del

actuador

Definición de requisitos debe hacerse a nivel de central

13

Reserva rodante (1)

• Reducción de potencia máxima

• Reserva fija

• Reserva relativa

Modos de definición

],...,0.0[

)1(

,

,

1

RatedOperator

OperatorAvailAvail

AvailOperatorOperator

Mode

ref

PP

PPP

PPP

P

=

≤∀

≤∀

=−

],...,0.0[

)2(

,

,

0)(,0

2

MAXerveRes

RatedAvailerveResRated

RatedAvailerveResAvail

erveResAvail

Mode

ref

PP

PPPP

PPPP

PP

P

∆=∆

>∀∆−

≤∀∆−

≤∆−∀

=−

]0.1,...,0.0[

)3(

,)1(

,)1(3

=

>∀⋅−

≤∀⋅−

=−

rveRese

RatedAvailRatedrveRese

RatedAvailAvailrveRese

Mode

ref

K

PPPK

PPPK

P

14

Reserva rodante (2)

• Planta >100MW

• Aerogeneradores DFIG

• Operación a 92% potencia disponible / reserva de 4MW

• Error máximo instantáneo <3%

Ensayo – operación con reserva de potencia activa

45

47

49

51

53

55

57

59

61

63

65

0 10 20 30 40 50 60

Time [s]

Power [MW]

Pref

Pmeas

Ppossible

88

89

90

91

92

93

94

95

96

0 10 20 30 40 50 60

Time [s]

Power Production [% of Ppossible]

55

57

59

61

63

65

67

69

71

73

75

0 10 20 30 40 50 60

Time [s]

Power [MW]

Pref

Pmeas

Ppossible

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

0 10 20 30 40 50 60

Time [s]Power reduction [MW below Ppossible]

Caso práctico –Sistema insular

16

Caso práctico – Sistema insular

• Sistema aislado

• 850MW generación convencional

• 150MW generación eólica

• Máximos de penetración eólica entorno al

30%

• Alta fluctuación de cargas intradiaria (pico

40%)

CRETA - Características del sistema

Cómo instalar nueva generación eólica quereduzca dependencia de combustible sin perjudicar la seguridad y calidad del suministro?

17

Caso práctico – Sistema insular

• Solución desarrollada conjuntamente entre Vestas y PPC (operador de la red insular)

• Aplicada en última central en conectarse

• Operador del sistema despacha la producción eólica en tiempo real

• Participación en respuesta a subfrecuencia

• Reserva rodante

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

18

/11

/201

1 0

0:0

0

18

/11

/201

1 0

4:4

8

18

/11

/201

1 0

9:3

6

18

/11

/201

1 1

4:2

4

18

/11

/201

1 1

9:1

2

19

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/201

1 0

0:0

0

19

/11

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1 0

4:4

8

19

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/201

1 0

9:3

6

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1 1

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4

19

/11

/201

1 1

9:1

2

20

/11

/201

1 0

0:0

0

Freq controlsetpoint

Active poweroutput

Externalsetpoint

kW

49.5

49.6

49.7

49.8

49.9

50

50.1

50.2

50.3

50.4

50.5

18

/11

/201

1 0

0:0

0

18

/11

/201

1 0

9:3

6

18

/11

/201

1 1

9:1

2

19

/11

/201

1 0

4:4

8

19

/11

/201

1 1

4:2

4

20

/11

/201

1 0

0:0

0

Solución adoptada: mayor participación de eólica en regulación de frecuencia

f

Conclusiones

19

Conclusiones

• Generación eólica contribuye a aumentar sostenibilidad y eficiencia del sistema

eléctrico

• Elevada penetración eólica puede afectar a la estabilidad de frecuencia

• Las centrales eólicas actuales pueden realizar servicios para la gestión de frecuencia

de los sistemas a los que se conectan

• La participación de centrales eólicas en regulación de frecuencia sin perjudicar otros

valores que aporta esta generación necesita un análisis de las necesidades y

capacidades

• Es necesario mantener un diálogo abierto entre todos los actores del sector para definir

el papel óptimo de la eólica en la regulación de frecuencia

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Ignacio León AlonsoPower System Engineer

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