Soluciones Gamesa para Grid Codes

SolucionesSoluciones Gamesa Gamesa parapara Grid CodesGrid Codes

22

Requisitos Genéricos de los diferentes Grid Codes

I. Huecos de Tensión

II. Regulación Potencia Reactiva

III. Regulación Potencia-Frecuencia

IV. Regulación Potencia Activa

V. Comunicación SCADA y señales

VI. Regulación de Tensión.

VII. Soluciones Gamesa.

33

La soluciones propuesta por Gamesa Eólica para dar respuesta a las solicitudes de los diferentes Grid Codes son:

Huecos de Tensión: Active CrowbarConvertidor SobredimensionadoSolución FACT

Generación de Reactiva : Diseño de Componentes Eléctrico a nivel de aerogeneradorInstalación de Sistema Facts en Subestación

Respuesta Potencia-Frecuencia : Diseño de Herramienta gestión en aerogenerador

Respuesta Potencia Activa : Diseño de Herramienta gestión de la Potencia Activa a petición del Operador del Sistema desde el telemando de parque

Respuesta Control de Tensión : Diseño de Herramienta gestión de tensión a petición del Operador del Sistema desde el telemando de parque

Adecuación Comunicación Scada y Señales con el Operador del Sistema : Diseño de Herramienta gestión de tensión a petición del Operador del Sistema desde el telemando de parque

Soluciones Desarrolladas por Gamesa

44

Requisito RD 436Requisito RD 436 SoluciSolucióón GAMESAn GAMESA BeneficiosBeneficios

Huecos de TensiHuecos de Tensióónn

CrowbarCrowbar Activo Activo GamesaGamesa

Convert.SobredimensionadoConvert.Sobredimensionado

••Comportamiento como generador Comportamiento como generador ssííncrononcrono

••Complemento por Continuidad de Suministro (5% TMR, 4 aComplemento por Continuidad de Suministro (5% TMR, 4 añños)os)

••Reduce riesgo de reducciReduce riesgo de reduccióón de produccin de produccióón en periodos crn en periodos crííticos de baja ticos de baja demandademanda

RegulaciRegulacióón de Activan de Activa SGIPE con Utilidad de GestiSGIPE con Utilidad de Gestióón de n de ActivaActiva

••LimitaciLimitacióón de produccin de produccióón total del parquen total del parque

••Control individual de las turbinas (condiciControl individual de las turbinas (condicióón requerida por algunos n requerida por algunos

operadores de sistema).operadores de sistema).

••Arranque progresivoArranque progresivo

RegulaciRegulacióón de Reactivan de Reactiva

SGIPE con Utilidad de GestiSGIPE con Utilidad de Gestióón de n de ReactivaReactiva

++

Equipamiento en SET (opcional Equipamiento en SET (opcional dependiente de parque)dependiente de parque)

••Complemento por gestiComplemento por gestióón de reactiva (mn de reactiva (mááx. del orden del 6% TMR) x. del orden del 6% TMR)

RegulaciRegulacióón Primarian Primaria

Software en PLC Software en PLC

++

SGIPESGIPE

•• ParticipaciParticipacióón en Regulacin en Regulacióón primarian primaria

Propuestas de Gamesa Eólica frente a el R.D. 436

Soluciones Desarrolladas por Gamesa

55

Active Crowbar

Sustituye al convertidor de rotor en los transitorios de subida y bajada

El convertidor de rotor se activa una vez estabilizadas las corrientes del rotor

Sobredimensionar convertidor de rotor para soportar sobre-corrientes

El mayor tamaño del Convertidor permite soportar las sobrecorrientes

Refuerzo en la tensión del bus de Continua para favorecer su control

Solución Subestación FACT


LG

LG

LG

LR

G3 ~

OvervoltageProtection

Doubly-fedThree-Phase

Generator

Mains

U1 V1 W1 U2 V2W2

iR2

iR3

iR1 iG1

iG2

iG3

iL1 iL2 iL3

RCharge

UL1

UL2

UL3

C+ U DC

4 Q-Converter

üG

Transformer

Star/Delta Switch

N

DC-linkVoltage Circuit

L1

L2

L3

U L12

iR1 iR2 iR3

iG1

iG2

iG3

Grid Side InverterRotor Side Inverter

LR

LR

iS1

iS2

iS3

G 52

US23US12US12 US23

system configuration g52.vsd

Convertidor Red asegura Vdc1Convertidor Rotor modula tensiones en rotor

2

Máquina asíncrona funciona como trafo

F(s)

3

Tras la sincronización los devanados del estátor se conectan a la red de baja tensión4

DIODE BRIDGE

Tensión (pu)

1

0.2

0.5 1 Tiempo (seg.) / Time (s)

punto de comienzo de la perturbación

0.80.95 pu

0 1.5

despeje de la falta

duración de la falta

Tensión (pu)

1

0.2

0.5 1 Tiempo (seg.) / Time (s)

punto de comienzo de la perturbación

0.80.95 pu

0 1.5

despeje de la falta

duración de la falta

66

R o t o r c u r r e n t s , 5 0 % 3 - p h d i p , 1 6 8 0 r p m

- 2 0 0 0

- 1 5 0 0

- 1 0 0 0

- 5 0 0

0

5 0 0

1 0 0 0

1 5 0 0

2 0 0 0

4 9 0 0 5 0 0 0 5 1 0 0 5 2 0 0 5 3 0 0 5 4 0 0 5 5 0 0 5 6 0 0 5 7 0 0t i m e ( m s )

phas

e cu

rren

ts (A

)

I a r _ AI b r _ AI c r _ A

P C C v o l t a g e s , 8 0 % 3 - p h d i p , 1 6 8 0 r p m

- 3 0 0 0 0 0

- 2 0 0 0 0 0

- 1 0 0 0 0 0

0

1 0 0 0 0 0

2 0 0 0 0 0

3 0 0 0 0 0

4 9 0 0 5 0 0 0 5 1 0 0 5 2 0 0 5 3 0 0 5 4 0 0 5 5 0 0 5 6 0 0 5 7 0 0t i m e ( m s )

phas

e to

pha

se v

olta

ges

(V)

U p r _ a b _ VU p r _ b c _ VU p r _ c a _ V

1

2 3

Hueco de tensión

activación active crowbar

Control corrientes Active crowbar

Desactivación active crowbar

4 Recuperación activación active crowbar

5 Control corrientes active crowbar

6 Desactivación active crowbar

Solución Active CrowbarFuncionamiento

Permite amortiguar los picos de corriente durante los transitorios

Durante transitorios el convertidor de rotor está desactivado

Se desconecta una vez estabilizadas las corrientes (2º transitorio para recup. control)

Tiempos de respuesta entre 80 y 150 ms (dependiendo del tipo de hueco)

Comentarios

Durante el hueco funciona como un pseudo-control

Supone una discontinuidad en el control (durante los transitorios)

Alta viabilidad técnica y económica


77

1

23

Hueco de tensión activación crowbar

activo(CA)

Control corrientes CA Desactivación CA y recuperación del

control 4

Inyección de corriente reactiva

5 Recuperación de la tensión.

Inyección de corriente activa

6

Hueco trifásico de 75% de profundidad en G8x 2.0 MW a 1500 kw, conexión del generador triángulo

Corrientes y tensiones instantáneas en 20 KV

Ensayos de huecos trifásicos

I. Huecos de Tensión Solución Active Crowbar

El crowbar activo “puentea” el convertidor solamente cuando cae la tensión

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Solución Convertidor de Rotor Sobredimensionado

Funcionamiento

Permite soportar de forma directa las elevadas corrientes del hueco

El convertidor del rotor se encuentra activado durante el hueco

de respuesta entre 100 y 150 ms en cada transitorio (subida y bajada)

Comentarios

El control no se pierde en ningún momento durante el hueco

No hay discontinuidad en el control

Comportamiento equivalente a máquina de generación síncrona

1Hueco de tensión

2 Transitorio bajada V el control se

mantiene

3 El convertidor tiene el control de P y Q 5 Transitorio subida V

el control se mantiene

4 Recuperación V red

6 El convertidor tiene el control de P y Q


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Solución Subestación FACTI. Huecos de Tensión

Solución FACT: Permite resolver con un equipo en subestación los huecos de tensión .

•Las soluciones en Subestación ayudan a resolver el problema del cumplimiento de requisitos de conexión a red de parques eólicos.

•Las soluciones no son excluyentes, sino que pueden llegar a ser complementarias a las soluciones implementadas a nivel de máquina

•La solución, utilizando productos CUSTOM POWER o FACTS, debe de permitir el cumplimiento de cualesquiera requisitos de conexión a red, sin más limitaciones que la derivadas de su coste económico y su posible amortización.

•Es un producto de electrónica de potencia que permite transferencias de energía activa o reactiva a la red, a la que se conectan y en ambos sentidos.

•Para facilitar su fabricación y su comercialización, así como para minimizar su coste, se diseñan con criterios de modularidad, de forma que la potencia “P” necesaria se consigue por acoplamiento de “N”módulos de potencia P/N.

•La modularidad proporcionará cierta redundancia cuando el sistema trabaje a potencias inferiores a la potencia nominal

1010

II. REGULACIÓN DE POTENCIA REACTIVA

La solución desarrollada por Gamesa Eólica para la regulación dinámica de la potencia reactiva gestiona la información recogida en los aerogeneradores y en la subestación eléctrica conforme a las consignas de regulación emitidas por el operador.

La consigna se puede obtener de varias formas:

- Parámetro manual introducido por el usuario a través de la interfaz de la herramienta.

- Calendario de consignas para indicar, según el día y hora, qué consigna se quiere usar.

- De forma dinámica desde una segunda aplicación local o remota.

En el aerogenerador, el PLC controla siempre todas las variables implicadas en la generación de potencia reactiva, de forma que nunca se superarán las condiciones límite establecidas para cada modelo de aerogenerador.

1111


El PLC de máquina es el encargado de :

• Decidir el valor máximo que puede generar en cada momento dependiendo de la potencia activa que esté produciendo.

• Controlar y proteger todos los parámetros que puedan verse afectados por dicha generación de reactiva.

Existen otras opciones que permiten mayores prestaciones en la generación de

reactiva basadas en la integración de sistemas externos de control del tipo FACT y

batería de condensadores.

1212

II. REGULACIÓN DE POTENCIA REACTIVADescripción de herramienta

1313


Descripción de herramienta

1414

III. REGULACIÓN POTENCIA - FRECUENCIA

La regulación de Potencia versus Frecuencia, Gamesa ha desarrollado unaherramienta a nivel de aerogenerador, que permite dar respuesta rápida a esteefecto , que normalmente se da en redes muy débiles.

1515

III. REGULACIÓN POTENCIA - FRECUENCIA

Para esta regulación Gamesa Eólica ha desarrollado un algoritmo que se instala en el autómata de cada aerogenerador como una funcionalidad opcional. Cada controlador de cada una de las máquinas establece la nueva referencia de potencia a partir de unos valores parametrizados y en función de la lectura de la frecuencia individual, adecuadamente muestreada y filtrada.

f1 f2

Pr

0,65 Pr

Grid frequency Power reference< f1 101% 100%

> f2 103 % 65 %

1616

IV. REGULACIÓN POTENCIA ACTIVA

La solución desarrollada por Gamesa Eólica permite tanto la regulación como la limitación de potencia activa del parque.

Mediante la regulación de potencia se maximiza la producción de un parque eólico cumpliendo en todo momento con las restricciones de potencia nominal. De esta forma se aprovecha mejor el recurso. Mediante la limitación de potencia de parque se contribuye a la estabilidad de red.

Reguladorde activa

SubestacióneléctricaPotencia medida

Módulo interfaz

Producción

RTUConsignaexterna

Aerogeneradores

Consignade parque

Consignade máquina

Órdenes deparada/arranque

1717


Existen dos parámetros a tener en cuenta en dicha regulación:

Límite de seguridad

Límite de regulación

El sistema permite:

Limitación dinámica de Potencia ( atendiendo consignas externas de parque ).

Regulación en la Conexión y Desconexión del parque a través de rampas, recibidas incluso por un despacho de operación o directamente desde el operador eléctrico a través de una RTU ( este último caso requiere hardware adicional).

1818


Descripción de la Herramienta

La herramienta regulará los aerogeneradores según :• La potencia producida por el parque y por cada uno de los aerogeneradores.• Si para mantener la potencia de regulación no es suficiente con la regulación del parque se pararán máquinas. •Se pueden priorizar de diversas formas máquinas a la hora de ser paradas.•Se permite excluir máquinas del control de la herramienta para que no se usen a la hora de regular o limitar el parque.

1919


Descripción de la Herramienta

Además de la potencia se pueden ver las potencias predecidas. Estas potencias predecidas las usa la herramienta, para optimizar más la regulación de potencia activa

2020

V. COMUNICACIÓN SCADA Y SEÑALESPosibilidad de enviar y recibir señales desde/hacia Parque Eólico al Operador del

sistema

El sistema SCADA de Gamesa Eólica posee las siguientes opciones:

Señales del parque a la RTU de la subestacion

- Potencia activa (MW) en el punto de conexión y potencia disponible (MW)

- Demanda y oferta de potencia reactiva (MVAR) en el punto de conexión.

- Status ON/OFF de cualquier dispositivo generador de reactiva superior ade 5 MVAR y de magnetotérmicos

y seccionadores

- Valor de set-point cuando se trabaja en regulación de activa y status de la herramienta(ON/OFF)

- Curva de respuesta en frecuencia operativa (1 o 2) e indicacion de estado (ON/OFF)

Señales de DSO/TSO a la subestación

- Señal analógica de limitación de potencia activa.

- Señal digital de cambio de curva de regulación en frecuencia, de 1 a 2 y viceversa.

- Señal de conexión/desconexión e inhibición del interruptor de la subestación.

2121

VI. REGULACIÒN DE TENSIÓN

Para mantener la tensión en el punto de conexión sobre un valor de referencia fijadopor el Operador del Sistema, se debe actuar sobre la potencia reactiva del parque, a nivel de máquina ó equipo adicional, para conseguirlo

20,30kV

132,kV,66kV

A

B C D

Qref

Vread

Consigna de reactiva

Telemando

System Operator

Vconsigna

2222

1. La validez de las respuestas en las soluciones presentadas por Gamesa, vienen ratificadas por :

Validación de desarrollo de soluciones huecos de tensión, en campo con un equipo móvil, apto para realizar huecos standard tipo REE y E-ON.

Simulación para cumplimiento de huecos de otros países con los programas específicos ( Digsilent,PSCAD,PSS/E).

Validación en Parques Eólicos de las diferentes Herramientas de Gestión:

Reactiva ActivaPotencia-FrecuenciaTensión

Validaciones de las Soluciones de Gamesa

2323


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Soluciones Gamesa para Grid Codes

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