Anlisis Elctrico de la Conexin de un Parque Elico a Red de Potencia con un Enfoque Orientado a la Calidad

Pseudnimo: Boreas

SINTESISLas turbinas elicas actuales utilizan convertidores electrnicos de potencia para garantizar la regulacin de su inter-relacin con la red elctrica. El uso de la energa elica en gran escala afecta la calidad del producto tcnico, por ejemplo la deformacin en la forma de la seal de tensin, debido a la inyeccin de corrientes armnicas por parte del sistema de conversin utilizado en la generacin. Es importante subrayar que el efecto distorsivo surge de la amplificacin y la caracterizacin de la red elctrica. Las turbinas que se conectan a travs de la electrnica de potencia presentan ventajas a la hora de maximizar eficiencia energtica fundamentalmente en la zona de potencia parcial, pero la desvinculacin de frecuencia entre el generador y la red muestran desventajas como ser el contenido armnico de corriente respecto a otras topologas como ser la SCIG (generador de induccin con vinculacin directa a la red). En el presente trabajo se analizar el comportamiento del intercambio de energa entre una granja elica y una red elctrica enfocando fundamentalmente la problemtica mencionada en prrafos anteriores. Se estudiar mediante modelos adecuados que permitan investigar las condiciones de perturbacin en el nodo de conexin del parque elico, siendo importante modelar adecuadamente el sistema y caracterizar adecuadamente la red elctrica. Se incluirn mediciones efectuadas en parques elicos existentes tanto de parques con turbinas con conversin electrnica como con SCIG relacionando las condiciones de interconexin aunque el tamao de los parques no sea el mismo.

PALABRAS CLAVESArmnicas granja elica red elctrica convertidores electrnicos turbinas elicas

INTRODUCCINPodemos clasificar las turbinas elicas modernas considerando el tipo de generador elegido por el fabricante para convertir la energa mecnica en elctrica, ya que este aspecto es importante para interpretar el problema de armnicas en red [1]. Tabla I Turbinas Elicas sin convertidor de potencia conectado a red elctricaCaja de Engranajes Arrancador TransformadorConvertidor

Red Elctricaviento

viento

Caja de Engranajes

Transformador

Red Elctrica

Generador de induccin con jaula de ardilla

Compensacin

Filtro EMI

Generador de induccin con rotor bobinado

Fig. 1Convertidor Caja de EngranajesvientoCaja de Engranajes

Fig. 2Convertidor

Transformador

Red Elctricaviento

Transformador

Red Elctrica

Generador de induccin con rotor bobinado

Generador sincrnico con rotor bobinado

Fig. 3

Fig. 4

Tabla II Turbinas Elicas con convertidor de potencia conectado a red elctricaCaja de Engranajes Convertidor Transformador de frecuencia Red Elctrica

viento

Convertidor Transformador

Red Elctrica

Generador de induccin con jaula de ardilla Filtro EMI

viento

Generador Sincrnico multipolo con imanes permanentes

Fig. 5Convertidor Caja de Engranajes Transformador

Fig. 6ConvertidorRed Elctrica

Convertidor

viento

Convertidor

Transformador

Red Elctrica

Generador sincrnico con rotor bobinado

viento

Generador sincrnico multipolo

Fig. 7

Fig. 8

En las Figs. 1-4 se exhiben turbinas elicas con generadores de induccin (Figs 1-3) y un generador sincrnico (Fig. 4) con caja multiplicadora (relacin de velocidad superior a 50 veces) con conexin directa a la red elctrica (sin convertidor de potencia). El resto de las figuras (Figs. 5-8) muestran turbinas elicas con generadores, con y sin cajas multiplicadoras, conectadas mediante convertidores de potencia a la red elctrica. Se incluir una tabla con un anlisis breve de fortalezas y debilidades de cada conexin, para posteriormente establecer la discusin sobre el problema de calidad.

Tabla III

Fortalezas Simplicidad. Onda de tensin senoidal (depende de la red elctrica)

Debilidades Menor aprovechamiento de vientos altos lenta respuesta del sistema mecnico (variacin de potencia generada ante variaciones de vientos). Imposibilidad de entregar energa reactiva al sistema (requiere banco de capacitores). A veces (redes elctricas dbiles) requera arrancador. Caja de engranajes. Con control del deslizamiento por resistencia utiliza anillos y escobillas con el consiguiente desgaste.

Fig. 1Generador de induccin jaula de ardilla

Conexin directa a red elctrica

Fig. 2Generador de induccin con Rotor Bobinado y con Deslizamiento Controlado

Con control del deslizamiento mediante un sistema opto acoplamiento denominado OptiSlip (VESTAS) poda controlarse el deslizamiento hasta un 10% controlando la potencia generada. Con convertidor de cuatro cuadrantes (alterna-continuaalterna), basado en transistores

Fig. 3Generador de induccin, con rotor

bobinado y doble alimentacin

bipolares de puerta aislada (IGBT) conectados a los bobinados del rotor. Respecto al convertidor de frecuencia, el costo es menor porque maneja solo el 25% del total de la potencia. Menor costo del filtro de salida del inversor y el filtro EMI. Buena eficiencia. Buen control del factor de potencia a bajo costo (funciona similar a una mquina sincrnica). Maneja un rango mayor de velocidad que el OptiSlip. Similar a los sistemas de generacin convencional, no recurre a sistema de excitacin brushless. Requiere un circuito de exitacion y anillos rozantes.

Fig. 4Generador sincrnico con rotor bobinado excitado por convertidor de potencia

Fig. 5generador de induccin jaula de ardilla

permite una variacin de la velocidad del generador en funcin de las variaciones de velocidad del viento

el convertidor de potencia debe convertir el 100% de la potencia entregada por el generador (costoso e introduce elevadas prdidas), los filtros de salida del inversor y los filtros EMI para evitar interferencia electromagntica manejan el total de la potencia (costosos - la eficiencia del convertidor juega un papel importante en la eficiencia total del conjunto, en todo el rango de operacin) Utiliza convertidor de frecuencia. Bobinado del estator de alta tensin.

Conexin con convertidor Conectado a red elctrica

Fig. 6Generador sincrnico de imnes permanentes

Excelente desempeo a diferentes velocidades del viento, fundamentalmente en carga parcial (,) optima. Desacople de la red permite acondicionamiento de fluctuaciones de viento Similar al anterior.

Fig.7Generador sincrnico con rotor bobinado

Convertidor para excitacin y para conexin a red elctrica.

Fig.8Generador sincrnico multipolo rotor bobinado

Similar al anterior

Convertidor para excitacin y conexin a red elctrica

La norma que est relacionada con armnicas en red es la norma IEC 61000-4-7. En la Repblica Argentina (Provincia de Buenos Aires) el contrato de suministro de concesin Municipal de distribucin (SubAnexo D Normas de calidad del servicio Pblico y Sanciones) establece como norma para las perturbaciones (entre ellos armnicas) el valor del THD en el 5%. Con el fin de analizar el fenmeno asociado a los parques elicos se decide analizar un parque elico con dos generadores de induccin (2 x 600 kW) (existentes en la Provincia de Bs.As.) correspondientes a la primera configuracin exhibida en la tabla I (Fig. 1). El nodo de conexin del parque elico presenta una potencia de cortocircuito reducida con una importante electrificacin rural (valor real). Se simula un parque con una turbina elica similar pero de 1.5 Mw conectada a una red de elevada potencia. Como contraste al primer caso (Valores reales y simulados) el segundo sistema corresponde a configuraciones modernas con existencia de convertidores y conectados a una red elctrica de mayor potencia.

PLANTEO DEL PROBLEMA1.1. Calidad del Servicio Pblico: Perturbaciones

Las normas de calidad del producto exigen cumplir con condiciones determinadas de los parmetros elctricos (tensin, corriente) en el nodo de conexin y la red elctrica aguas arriba y abajo. El siguiente grfico sintetiza los fenmenos que afectan el voltaje y por consiguiente la calidad de producto del sistema.Calidad de la Energa

Voltaje

Frecuencia

Interrupciones

Variaciones de voltaje

Flicker

Armnicas

Transitorios

Fig. 9 Clasificacin de los diferentes fenmenos que afectan la calidad de la energa [2]. Luego, Es importante destacar que la calidad de la energa en el nodo depende de la interaccin entre la red elctrica y el parque elico. Al analizar el fenmeno observamos que la eleccin del tipo de turbina tiene relacin con la magnitud de los fenmenos que afectan el voltaje. El presente trabajo analiza el fenmeno de armnicas sin incurrir en una investigacin de las restantes anomalas. Si bien, las armnicas de voltaje y corriente siempre se encuentran presente en las redes elctricas, especialmente por la existencia de cargas no lineales, de electrnica de potencia, rectificadores e inversores para el control de velocidad de motores de induccin, etc, la presencia de los inversores en la fuente de energa (energa elica) aumenta la existencia de armnicas de tensin y por lo tanto el problema en los sistemas elctricos se agrava.

El efecto que las armnicas de voltaje y corriente producen en el sistema elctrico pueden sintetizarse en Efectos en corto plazo: Afectan controladores (PLCs), errores en los medidores de induccin, vibraciones, rels, interferencias en los sistemas de comunicacin y control. Efectos a largo plazo: Calentamiento de capacitores, de mquinas elctricas (transformadores, motores y generadores), cables, aparatos de maniobra, borneras, etc. Perturbaciones sobre las mquinas elctricas: incremento en las prdidas (hierro y conductores), disminucin de la capacidad del transformador, cupla mecnica pulsante que disminuye la eficiencia, etc.

Perturbaciones sobre las cargas: calentamiento de conductores, incremento de prdidas en dielctricos, aumento de fallas y flickeo, etc. 1.2. Topologas de convertidores para la conexin a la red:

Hay muchos requerimientos para los convertidores que se conectan a la red para transferir energa, como ser: confiabilidad, mnimo mantenimiento, limitado espacio y peso, bajas prdidas y buena calidad de la energa inyectada. Es decir corriente con bajo contenido armnico y posibilidad de controlar flujo de potencia. En sntesis, posibilidad de ceder u o tomar reactiva. Esta transformacin AC/AC puede ser directa o indirecta, en el caso indirecto hay un link de continua o DC, lo cual genera un sistema AC/DC-DC/AC. La ventaja de esto es el desacople entre la red y el generador lo cual favorece el control en la compensacin por problemas de simetra. El mayor problema es el almacenamiento de energa en DC, lo cual adems aumenta costos y reduce vida til frente a una posibilidad AC/AC directa que por su puesto presenta otras desventajas. Este control indirecto con desacople presenta una de las mayores bondades en la posibilidad de cumplir con el paso a travs de fallos de la red o bien conocido como low voltaje ride through, cada vez ms requerido por los Code Grid de las diferentes operadores de red. Esto hace que el sistema, y es lo que se busca, se acerque ms a las posibilidades de una fuente convencional. Por ello es que esta opcin es muy o la ms utilizada hoy en da. Queda por lgica analizar la calidad de la energa inyectada, en donde habr diversos factores a tener en cuenta como caracterstica de la red y variabilidad del recurso es decir el viento, tengamos en cuenta que la potencia es funcin de su valor al cubo por lo tanto la electrnica de potencia tendr que ser capaz de suavizar dicha variacin con la menor incidencia en la calidad del producto tcnico. 1.3. Clasificacin de los convertidores

Los convertidores usados en las turbinas elicas se pueden clasificar en dos grandes categoras: VSC (Voltage Stiff Converter) y CSC (Current Stiff Converter), los primeros operan en base a una alimentacin o fuente de tensin y los segundos a base de una fuente de corriente. Segn el flujo de potencia podrn ser inversores o rectificadores o cumplir ambas para lo cual se denominarn bidireccionales. A su vez pueden clasificarse segn su control, es decir por fase (tiristorizados) o con tecnologa PWM en dicho caso con dispositivos de conmutacin forzada como ejemplo conmutadores IGBT (transistor bipolar de compuerta aislada), estos dada su posibilidad bidireccional permiten trabajar en todos los cuadrantes es decir posibilitando la carga del link de continua.

1.3.1. VSC (Voltage Stiff Converter) Poseen un importante banco de capacitores que alimenta al convertidor principal (trifsico puente). Usa seis conmutadores con transistor y diodo en anti paralelo o paso libre para proveer flujo bidireccional de corriente y bloqueo de voltaje. Permite control del flujo de corriente y por lo tanto el control de AC de manera de poder comportarse como un rectificador activo (active rectifier) controlando a su vez la tensin en el link DC. El voltaje de AC no puede superar el voltaje de DC es decir se comporta como un Buck (reductor) o Step-Down, todo esto como inversor. En cambio como rectificador es Boost (elevador) en la conversin AC-DC. Esta topologa tiene el problema del disparo simultneo de los conmutadores, es decir hace falta el uso de tiempos muertos lo cual empeora o distorsiona la seal obtenida (armnicos), es por ende necesario filtrado de alto orden para cumplir con las normas, lo cual lleva a prdida de eficiencia y complejidad en el control. En la siguiente figura observamos esta posibilidad.

g

g

C

C

g m

m

m

E

E

E

C

GridAA B C a b c n2

B C

N

Transformer

B

A

g

g

C

C

g

C

CThree-Phase Harmonic Filter

m

m

m

E

E

Fig.10 Convertidor VSCPermite conectar a la red elctrica una turbina elica con generador de induccin, pero como el generador requiere potencia reactiva para su magnetizacin usa VSC. Destacamos, que dado que la energa reactiva requerida presenta cambios con la velocidad y si el valor del capacitor no es el adecuado el sistema presentar una performance menor. El generador con imanes permanentes (Figs. 11 y 15) utiliza para conectarse a la red elctrica diferentes sistemas de rectificacin e invertidores. Dependiendo de la optimizacin del subsistema rectificador-generador puede incrementarse la capacidad de potencia en un 50% utilizando un VSC [2].Caja de Engranajes

Direccin de flujo de energa rectificadores Invertidores

viento

VSCGenerador de induccin con jaula de ardilla

E

Rectificador tiristorizado

Invertidor tiristorizado

Red elctrica

viento

Rectificador a diodoGenerador Sincrnico multipolo con imanes permanentes

DC/DC

VSC

Fig. 11 Convertidores utilizados en turbinas elicas con generador de induccin y generador sincrnico de imanes permanentes

Esta tecnologa tambin se usa para el transporte de energa mediante sistemas HDVC (highvoltage, direct current) y se basa en la tecnologa VSC con transistores bipolares (IGBT) que emplean configuracin de conmutacin con modulacin por ancho de pulso (PWM) controlando la energa activa y reactiva. El crecimiento de la energa elica en Europa, EEUU y China, considerando tambin la instalacin de parques elicos en el mar ha dado paso a la utilizacin de esta tecnologa (Fig. 12).Cable de CC Reactancia de fase CA Condensador de CC +/- 150 kV

Filtro de CA Cable de CC

Fig. 12 Principio de HDVC ligth (ABB) Los cdigos de red se hacen estrictos a medida que aumenta la potencia elica instalada. Se requiere una mejor respuesta a los huecos de tensin y a la baja tensin. Los parques elicos deben superar cadas sbitas de tensin de hasta un 15% inclusive hasta cero durante por lo menos 150 ms. Tambin la respuesta en frecuencia debe considerarse importante en relacin a la potencia activa generada [3]. En un parque elico conectado mediante un sistema de transmisin HDVC Ligth el control de la frecuencia se introduce mediante un enlace de telecomunicaciones que a la vez transmite la frecuencia instantnea de la red principal. 1.3.2. CSC (Current Stiff Converter) Tiene ms limitaciones en aplicacin, la operacin requiere de una fuente de corriente constante, lo cual lleva al uso de una inductancia importante y adems de estar conectado a una red bastante rgida, ya que el link de corriente continua queda determinado por la diferencia de potencia de ambos lados (generador y red). Esto hace que como los disturbios por variacin del viento en el lado generador no se reflejan simultneamente por el control del convertidor del lado red, provocar un exceso o defecto en la corriente DC lo cual puede afectar la estabilidad del sistema. La salida de alterna en modo inversor ser mayor que el original voltaje DC que alimenta al inductor, por lo tanto el CSC se comporta en este estado como un Boost (elevador) y en rectificacin como un Buck (reductor), es decir a la inversa del VSC. En esta topologa siempre algn switch superior e inferior debe estar cerrado, ya que de lo contario la sobretensin del inductor sumada a la DC destruira algn conmutador. Esto necesita solapamiento de conduccin para asegurar la continuidad de corriente a lo mismo que en la topologa anterior genera distorsin en la seal lograda. Otro inconveniente es la necesidad de un diodo en serie con el dispositivo principal, esto para evitar el bloqueo en reversa del voltaje del dispositivo principal o la necesidad de nica direccin de la corriente. Lo cual es un problema ya que evita el uso de mdulos de potencia de bajo costo y alto desempeo que pueden no traerlo. En la siguiente figura observamos una circuitera tpica.

IGBT + diodo

Ldca a a m g m E C k

m

m g m

k

g

C

m

E

E

C

k

GridAA B C a b c n2

B C

N

Transformer

B

A

g

g

C

C

g

C

CThree-Phase Harmonic Filter

m

m

m m

E

E

a

a

m

m

k

k

Fig. 13 Convertidor CSCTambin su aplicacin est relacionada con el hecho de que al elevar la tensin de las lneas de transmisin interna del parque elico debido al aumento de la potencia de las turbinas elicas en uso, (si se compara con la BT utilizada en la dcada del 90) y el uso de dispositivos convertidores de cuatro cuadrantes (se considera ventajoso el sistema de bi-direccionalidad del flujo frente a la uni-direccionalidad) (Fig 14) con tiristores IGCT [4]. El fenmeno armnico no solo ocasiona prdidas adicionales sino que el torque armnico se observa sobre el eje, el multiplicador o en el rotor del generador (sin multiplicador). Para el puente de 6 pulsos el torque armnico de bajo orden puede hallarse en la frecuencia del generador en 6 ciclos.

Fig. 14 Diagrama bsico del convertidor de potencia elica en los cuatro cuadrantes En la Tabla siguiente se comparan las propiedades fundamentales de los tiristores IGCT e IGBT [5-6]: Tabla VI Tipo de Elemento Tiristor IGCT IGBT

Smbolo

k

a

E

A = nodo; C = ctodo; G = compuerta (terminal de control) on: impulso de corriente en G Tipo de control Conexin en paralelo Conexin en serie off: corriente inversa entre A C Adecuacin parmetros (seleccin dispositivos) on/ off por seales de corriente a G Slo con circuitos de proteccin Resistencia variable controlada por tensin GE Con/sin circuito de proteccin Circuito de proteccin opcional (recomendado) El elemento limita la corriente de cortocircuito, puede desconectar el cortocircuito por G

Slo con circuito de proteccin

Concepto de proteccin de fallos

El elemento no limita la corriente de cortocircuito. Slo con circuitos de proteccin

1.4.

Tipo de Conversin de potencia en generacin elica

En potencias de sistemas alrededor de los 2 Mw los convertidores con interruptores de conmutacin forzada son los que dan mejor control de flujo de potencia y control de armnicos. Entre las soluciones ms usadas aparece la VSC (Voltage Stiff Converter) alimentada en voltaje, en el caso que dicho convertidor se adopte en ambos lados (Generador y Grilla) la configuracin resultante es la back to back como indicada en la figura:

g

g

g

g

g

C

C

C

C

C

g m

Permanent Magnet Synchronous Machine Tmm A B C

m

m

m

m

m

E

E

E

E

E

E

C

GridAA B a b c n2

B C

N

DC Link

C

Transformer

B

A

g

g

g

g

g

C

C

C

C

C

g

C

C

m

m

m

m

m

m

E

E

E

E

E

Fig. 15 Convertidor VSC para generador sincrnico de imanes permanentesEl DC link provee natural proteccin cada vez que un corto circuito ocurre y por lo tanto el paso a travs de fallo (Fault-Ride-Through) requerido por el Cdigo de red (Grid Code) puede ser cumplido. Un filtro es requerido del lado de la grilla para cumplir con los trminos de requerimiento de armnicos, segn la norma EN 50160. Generalmente el Bus de DC puede ser mantenido al ms alto nivel para una rpida respuesta dinmica aunque esto no es tan til en este caso ya que rpidos transitorios pueden causar inestabilidad en el sistema, es decir la salida es regulada para cambios suaves. Otra posibilidad es la utilizacin de un rectificador pasivo y un convertidor elevador (boost, step-up) para elevar el voltaje fundamentalmente a baja velocidad y controlar flujo de potencia. La topologa se muestra en la siguiente figura:

E

Generator filter

Three-Phase Harmonic Filter

a

m k

g

g

C

C

g m

k

k

m

m

Diode Bridge Permanent Magnet Synchronous Machine Tmm A B C

m

k

m

m

E

E

g

C

E

a

a

a

C

GridAA B C a b c n2

BOOSTm E

B C

N

Transformer

B

A

g

g

C

C

g

C

k

k

m

m

m

k

CThree-Phase Harmonic Filter

m

m

m

E

E

Fig. 16 Rectificador y convertidorEn esta opcin, supuestamente ms sencilla y econmica, donde fundamentalmente del lado generador a travs de un puente de diodos se rectifica y eleva luego la tensin. Es posible conseguir una funcionalidad como la de Back to Back, tenemos el inconveniente al observar que no es posible, como si podra ser en el primer caso de controlar de manera individual el contenido armnico generado por la fuerza electromotriz del generador, principalmente en 5to y 7mo armnico, por lo tanto filtros adecuados se requieren en este caso del lado generador.

CONTRIBUCIONES 2. FUENTE DE ARMNICASSe analiza el fenmeno en dos casos extremos de fuentes de energa elica: 2.1. Generadores de induccin Tabla I Fig. 1 Generadores con convertidores (inversores) de potencia Tabla II.

PARQUE ELICO CON GENERADORES DE INDUCCIN (TABLA I - Fig. 1)

Phase Voltage 2.1.1. Sistema Real Phase A-NA-N Voltage

Phase A Current Phase A Current

39 11350 11350 39 19 5675 5675 19 La red elctrica con electrificacin rural con numerosos transformadores monofsicos y 0 0 0 0 -5675 -5675 -19 -19 -11350 tringulo sobre lnea de MT) conectados, presenta en _horas nocturnas _ -39 trifsicos (conexin -11350 _ -39 _

Phase Voltage Phase Current Phase de B-N Voltage Phase B al Bparque armnicas especialmente B-Norden 5 y 7 (Fig. 17) (corresponde Current elico Myor 39 11215 11215 39 19 19 Buratovich).5607 5607 0 0 0 011350 5675 0 -5675 -11350-5607 -5607 -11215 -11215 11350 5675 11408 11408 5704 0 5704 0 -5675 0 -11350 -5704 -5704 -11408 -11408

Voltage Phase Phase A-N _ Voltage A-N Voltage _ Phase Voltage Phase C-NC-N Voltage Phase Phase B-N _ _ B-N Voltage__

39 19 0 -19 -39

-19 -39 39 19 35 17 0 -19 0 -39 -17 -35

_ -39 A Current _ Phase Phase A Current Phase C Current Phase C Current 35 17 0 -17 -35

-19

E

a

a

a

Generator filter

Name:,power - A-N A-N Voltage Name:,power - PhasePhase Voltage 11215 11215 5607 5607 Fundamental:,7862.26 : Fundamental:,7862.26 : 0 0 -5607 -5607 RMS:,7864.14 _ RMS:,7864.14 _ -11215 -11215

C-N RMS RMS - H:,171.81 Voltage - Phase Phase C-N Voltage H:,171.81

Name:,power - Phase A Current 39 39Name:,power - Phase A Current 19 19 Fundamental:,26.33 Fundamental:,26.33 0 0 -19 -19 RMS:,26.38 RMS:,26.38 _ _ -39 -39

Phase Phase B Current B Current _ _

_

_

Phase C RMS RMS - H:,1.57 Current - H:,1.57 Phase C Current

H1:,7862.26 H1:,26.33 Name:,power Name:,power Phase A Name:,power H2:,10.11- Phase A-N Voltage - Phase A-N Voltage Name:,power - Phase A- Current Current H2:,0.04 H2:,10.11 H2:,0.04 Fundamental:,7862.26 : Fundamental:,26.33 Fundamental:,7862.26 : Fundamental:,26.33 H3:,23.28 H3:,0.71 H3:,23.28 H3:,0.71 RMS:,7864.14 RMS:,26.38 RMS:,7864.14 RMS:,26.38 H4:,0.01 H4:,9.76 H4:,9.76 H4:,0.01 RMS - H:,171.81 RMS RMS - H:,171.81 RMS - H5:,1.26 H:,1.57 H:,1.57 H5:,159.37 H5:,1.26 H5:,159.37 Peak:,11358.20 - CF:,1.44 - ASUM:,8392.59 Peak:,38.82 - - ASUM:,30.74 Peak:,11358.20 - CF:,1.44 - ASUM:,8392.59 Peak:,38.82 - CF:,1.47 CF:,1.47 - ASUM:,30.74 THD:,2.18 THD:,2.18 - Voltaje -fase A condicin anterior a THD:,5.9717b Corriente fase A condicin THD:,5.97 - TIF:,515.44 Fig. 17a TIF:,7.44TIF:,7.44 Fig. - TIF:,515.44 H1:,7862.26 H1:,26.33 H1:,7862.26 conexin del parque elico H1:,26.33 la anterior a la conexin del parque elico H2:,10.11 H2:,10.11 H2:,0.04 H2:,0.04 H3:,23.28 H3:,23.28 H3:,0.71 H3:,0.71 H4:,9.76 H4:,9.76 H4:,0.01 H4:,0.01 H5:,159.37 H5:,159.37 H5:,1.26 H5:,1.26

11408 35 11408 35 Peak:,11358.20 - CF:,1.44 - ASUM:,8392.59 Peak:,38.82 - CF:,1.47 - ASUM:,30.74 Peak:,38.82 - CF:,1.47 - ASUM:,30.74 Peak:,11358.20 - CF:,1.44 - ASUM:,8392.59 5704 17 5704 17 0 0 THD:,2.18 - TIF:,7.44 THD:,5.97 - TIF:,515.44 THD:,2.180- TIF:,7.44 THD:,5.970 - TIF:,515.44 -5704 -17 -5704 -17 -11408 _ -35 _ -11408 _ -35 _ H1:,7862.26 H1:,26.33

La condicin inicial del nodo fue modificada por la presencia del parque elico (2 x 600 kW) de modo tal que se not un aumento de la magnitud de las armnicas ya existentes y por consiguiente el THD. La Fig. 18 exhibe la situacin nodal con una contribucin mnima de energa por parte del parque elico [7].11 45 8 57 29 0 - 5 72 9 - 1 14 58

Ph a s e A-N e A-N g e l ta g e Ph a s Vo l ta Vo11 45 8 57 29 0 - 5 72 9 - 1 14 5823 11 0 - 11 - 23

Ph a s e A Cu rre n t rre n t Ph a s e A Cu23 11 0 - 11 - 23

21 Name: - PhasepowerVoltage A-N Voltage Name Name: power A-N - Phase Name 21 power - Phase power - Phase A Current A Current 11 11 0 0 0 0 7868,6 11,06 Fundamental:Fundamental: 7868,6 Fundamental: Fundamental:11,06 - 5 69 2 - 11 - 5 69 2 - 11 - 1 13RMS: 84 - 1 13 84 RMS: 7874,64 - 2 1 - 2 1 RMS: 12,03 7874,64 RMS: 12,03 308,44 RMS e H:Cu rre4,73 n t - C 4,73 RMS - H: a s eRMSVoH: g e l ta g e 308,44 RMS - H: Ph C-N e -C-N Vo l ta Ph a s Ph a s e C n t rre Ph a s Cu 15 11 47 9 15 11 47 9 Peak: 11468,92 Peak: 22,91 11468,92 Peak: 7 22,91 57Peak: 39 39 7 57 0 0 0 CF: 1,45 CF: - 7 CF: 1,9 CF:- 5 73 0 1,45 1,9 - 5 73 9 -7 9 - 15 - 1 14 79 - 1 14 79 ASUM: 8575,75 20,22 ASUM: 8575,75 ASUM: - 1 5 ASUM: 20,22 THD: 3,91 THD: THD: 42,82 THD: 3,91 42,82 TIF: 9,51 TIF: TIF: 939,08 TIF: 9,51 939,08 H1: 7868,6 H1: 11,06 H1: 7868,6 H1: 11,06 H2: 10,07 H2: 0,2 H2: 10,07 H2: 0,2 H3: 28,05 H3: 0,94 H3: 28,05 H3: 0,94 H4: 1,82 0,04 H4: 1,82 H4: H4: 0,04 H5: 295,87 H5: 4,49 H5: 295,87 H5: 4,49 11 38 4 56 92

Ph a s e B-N e B-N g e l ta g e Ph a s Vo l ta Vo

Ph a s e B Cu rre n t rre n t Ph a s e B Cu

11 38 4 56 92

Fig. 18a Voltaje fase A condicin anterior a la conexin del parque elico

Fig. 18b Corriente fase A condicin anterior a la conexin del parque elico

Se considera que dado que el generador de induccin entrega energa activa a la red elctrica pero requiere de energa reactiva de la misma para crear sus campos magnticos modifica las condiciones paramtricas del nodo, contribuyendo a una mayor magnitud de las armnicas. Puede observarse que la 5ta armnica es la de mayor existencia, lo que se atribuye a la conexin en tringulo de los primarios de los transformadores trifsicos reductores sobre la red elctrica de media tensin. Sin embargo ante un sistema de mayor potencia un parque elico con turbinas de palas fijas, multiplicador y generadores de induccin jaula de ardilla no presenta un nivel de armnicas importantes. El siguiente modelo desarrollado en matlab lo muestra (Fig. 19):

Fig. 19a

Modelo en matlab de un generador de induccin conectado a la red elctrica (viento con una media de 8.5 m/s y una varianza de 3)

0.785 %

Fig. 19b Aproximadamente un THD de tensin de 0.785 % en un sistema de potencia de 47 MVA siendo la turbina de 1.5 Mw

12

x 10

-3

Peak Magnitude Spectrum called by Simulink

10

8

Magnitude based on "Base Peak" - Parameter

6

4

2%

2

0

1

2

3 Order of Harmonic

4

5

6

Fig. 19c Componentes principales de las armnicas en lnea en un sistema de potencia de 47 MVA siendo la turbina de 1.5 Mw 2.2. PARQUE ELICO CON CONVERTIDORES (TABLA II)

Los onduladores (inverters) insertan en la red elctrica armnicas de bajo y alto orden (dependiendo de la frecuencia de corte del dispositivo 5 a 10 kHz). Las de alto orden pueden producir resonancia cuando se usan cables subterrneos[1]. Segn la norma IEC 61800-3 el contenido de armnicas % de la fundamental (THD definicin de la CIGR: THD%=2 2 h 2 + h 3 + .....+ h n 2 H1

(H1 valor eficaz) razn entre el valor RMS de las

armnicas y el valor RMS de la fundamental) ser el dado por la siguiente tabla: Tabla IVh