La Energía Eólica y su Integración en la Red 2ª Sesión ... · yGenerador. yAcoplamiento...

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.



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.



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.



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]



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:



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



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



¿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



Particularidades del sistema eléctrico peninsular español:



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



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



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



Necesaria adecuación de la eólica existente para soportar los huecos de tensión

Extensión del hueco de tensión



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



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



Pérdidas de producción por perturbaciones (18/01/2004).



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



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



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)



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.



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



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.

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