2012 Dr. CARLOS GALLARDO Campus Universitario Edificio Ingenierìa Eléctrica Ladrón de Guevara E11-253 Quito-Ecuador Apartado 17-12-866 17-01-2759 Fax: (593-2) 567848 [email protected]ESTABILIDAD DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA ANTE EL INGRESO MASIVO DE GENERACIÓN NO GESTIONABLE Dr. M.Sc Ing. Carlos Gallardo DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
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ESTABILIDAD DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA ANTE EL INGRESO MASIVO DE GENERACIÓN NO GESTIONABLE
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA. ESTABILIDAD DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA ANTE EL INGRESO MASIVO DE GENERACIÓN NO GESTIONABLE. FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA. Dr. M.Sc Ing. Carlos Gallardo. El problema. “no” flujo óptimo de potencia. 4. - PowerPoint PPT Presentation
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2012
Dr. CARLOS GALLARDOCampus UniversitarioEdificio Ingenierìa EléctricaLadrón de Guevara E11-253Quito-EcuadorApartado 17-12-86617-01-2759Fax: (593-2) [email protected]
ESTABILIDAD DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA ANTE EL INGRESO MASIVO DE
GENERACIÓN NO GESTIONABLE
Dr. M.Sc Ing. Carlos Gallardo
Dr. M.Sc Ing. Carlos Gallardo
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
2012 2Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
El problema.
OPERACIÓN INEFICIENTE DE LA RED
“no” flujo óptimo de potencia
5
7-P
10
30
2
8
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25 26 29
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20
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1
3 f,v
1
~ ~
2 7 8 9 3
5 6
~
4
1
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4
6
Sistemas deControl
“no” máxima transferencia de potencia
2012 3Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Normativa de conexión a la red.
DISPOSITIVOS FACTS(Sistemas flexibles de transmisión de alterna)
STATCOM-P-2 (Compensador estático síncrono)
SVC-P-1(Compensador estático de potencia reactiva)
TCSC-S-1(Capacidad en serie controlada por tiristores)
sT1
sT1
2r
1a
v
Entrada Adicional
maxB
minB
B
sT1
sT
w
w
+
+ -v
refv
sT1
K
SVC
Entrada Adicional sT1
sT
w
w
+ +
-
v
refv
sT1
K
M
M
s
kk I
P
ααmax
ααmin
α
α
+
+
SVC Reactiva Potencia
líneaPbus, elen Tensión
ΔQ
ΔVsG
SVC
Bus
TCSC Reactancia
línea laen Potencia
XΔ
ΔPsG
L
L
VFP
Pa→V
Q Xc
Vδ PQ
sT1
sT1
6
5
vSeñal de entrada
TCSCmaxX
TCSCminX
sT1
K
a
a
TCSCX
- Capacidad de transferencia- Amortiguar oscilaciones- Seguridad en las conexiones
Amortiguar oscilaciones de 1
Hz.
2012 4Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Normativa de conexión a la red.
w
w
sT1
sT
2r
1a
sT1
sT1
4r
3a
sT1
sT1
k v vDesviación de la Velocidad
del Rotor
Ganancia
Filtro Pasa Altos Adelanto / Retraso smaxv
sminv
svPSS
10
30
2
8
37
25 26 29
9
38
28
1
39
98
7
2
3
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5
6
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3
31
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11
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10
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19
4
33
5
20
34
1
¿Punto de operación?
Cargas Activas
excitación deTensión
rotor del Velocidad
ΔV
ΔωsG
PSS
SMES activa Potencia
bus elen Frecuencia
ΔP
ΔωsG
SMES
SMES-PQ(Unidad de almacenamiento de energía en superconductores
magnéticos)
HVDC(Transmisión de energía eléctrica en alta tensión y corriente continua)
FP
δ adición de una señal de modulación y control suplementario
¿Convertidores?
Desarrollo tecnológico
1) Falta2) Global
2012 5Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Objetivos.
Fundamentos teóricos de
estabilidad y punto de operación
Analizar el impacto de la generación no
gestionable sobre la
estabilidad.
1 2
Aplicar un sistema de
control en los parques para amortiguar
oscilaciones.
Aplicar el control al Sistema Peninsular Español.3 4
2012
ESTABILIDAD Y AMORTIGUAMIENTO DE OSCILACIONES EN SISTEMAS ELÉCTRICOS CON ALTA PENETRACIÓN EÓLICA
1: Introducción. CONTENIDO
2: Fundamentos teóricos.
3: Estabilidad de pequeña señal de un sistema eléctrico con parques eólicos.
4: Estabilidad de sistemas eléctricos mediante estabilizadores eólicos.
5: Aplicación del estabilizador eólico al sistema Peninsular Español.
6: Estabilizadores de potencia.
7: Coherencia en sistemas interconectados AC.
.
1: Introducción. CONTENIDO
2: Fundamentos teóricos.
3: Estabilidad de pequeña señal de un sistema eléctrico con parques eólicos.
4: Estabilidad de sistemas eléctricos mediante estabilizadores eólicos.
5: Aplicación del estabilizador eólico al sistema Peninsular Español.
6: Estabilizadores de potencia.
7: Coherencia en sistemas interconectados AC.
.
6Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
2012 7Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Clasificación de estabilidad.
Clasificación de Estabilidad en Sistemas Eléctricos
Estabilidad de Ángulo Estabilidad de Frecuencia
Estabilidad Transitoria (Gran Señal)
Corto Plazo
Corto Plazo Largo Plazo
Estabilidad de Tensión ante grandes perturbaciones
(Gran Señal)
Corto Plazo Largo Plazo
Estabilidad Oscilatoria (Pequeña Señal)
Estabilidad de Tensión ante pequeñas perturbaciones
(Pequeña Señal)
Inestabilidad no oscilatoria
Inestabilidad oscilatoria
Estabilidad de Tensión
Modos Entre áreas
Modos Locales
Modos entre Máquinas
Modos de Control
Modos de Torsión
Estabilidad de Frecuencia (Gran Señal)
ΔTe = Ks Δδ + KD Δωr
Osc. Crec Aum.
Eg1
Xg1 XL
Eg2
Xg2
Eg1
Xg1 XL
Eg2
Xg2
0.2 - 0.7 Hz.
Eg
Xg
Eo
XL
Eg
Xg
Eo
XL
0.8 - 1.8 Hz.
Eg1
Xg1 Eo
XL
Xg2
Eg2
Eg1
Xg1 Eo
XL
Xg2
Eg2
Unidad
Central
1.5 - 3.0 Hz.
10 - 46 Hz.
>4 Hz.
Normativa de Conexión (Grid Code)
Normativa de Conexión (Grid Code)
2012 8Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Representación en espacio de estados.
u BxAΔxΔ u DxCΔΔy
t)u,f(x,x
u)f(x,x
y
y
y
y
u
u
u
u
x
x
x
x
m
2
1
r
2
1
n
2
1
u)g(x,y
0)f(xx
+ΣBΔu Δx+ xΔ I
s
1
A
C
D
++Σ Δy
sBΔ0ΔxA)det(sI
A)adj(sIΔx(s) u
sDΔsBΔ0ΔxA)det(sI
A)adj(sICy(s)Δ uu
Δuu , ΔxxfxΔx Espacio de Estado
Linealización
2012 9Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Representación en espacio de estados.
n
n
1
n
n
1
1
1
x
f
x
f
x
f
x
f
A
r
n
1
n
r
1
1
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u
f
u
f
u
f
u
f
B
n
m
1
m
n
1
1
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x
g
x
g
x
g
x
g
C
r
n
1
n
r
1
1
1
u
g
u
g
u
g
u
g
D
Matriz de entradasó controlabilidad nxr
Matriz de salidas u observabilidad mxn
Matriz de transmisión directa ó proalimentación mxr
Efecto de la ganancia del estabilizador eólico en los autovalores
Sin estabilizador eólico G=30 G=60 G=120 Amortiguamiento 5%
2012 26Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Estudio de estabilidad transitoria con estabilizadores eólicos.
10
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1
Kw
Kw
Kw
F4F24
1. Caso amortiguado.2. Caso poco amortiguado.
Intensidades grandes, Aceleración de los generadores, Pérdida de elementos del sistema
2012 27Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Estudio de estabilidad transitoria.
10
30
2
8
37
25 26 29
9
38
28
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98
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Kw
Kw
Kw
F4
Falta en el nudo 4 - Caso amortiguado1
Topología de la red igual
150 ms
2012 28Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Falta en el nudo 4, caso amortiguado sin estabilizadores eólicos.
Potencia de salida en los parques eólicos
Pref independiente de las condiciones de red
Coincide ΔV
2012 29Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Falta en el nudo 4, caso amortiguado sin estabilizadores eólicos.
Tensión de salida en los parques eólicos
2012 30Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Falta en el nudo 4, caso amortiguado con estabilizadores eólicos.
G = 0G =
30G = 60G = 120
Potencia de salida en los parques eólicos
P=f(Kw)>Kw→>ξ>Kw→>OscEc rotor
2012 31Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Falta en el nudo 4, caso amortiguado con estabilizadores eólicos.
G = 0G =
30G = 60G = 120
Tensión de salida en los parques eólicos
2012 32Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Falta en el nudo 4, caso amortiguado con estabilizadores eólicos.
G=0G=30
G=60G=12
0
Flujo de potencia entre áreas
>Kw→>ξ
K=0G1 otra áreaT=2.1 seg.f = 0.48 Hz.
2012 33Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Descomposición modal.
)φtsen(βαμ(t) jj
2p/
1jj
t)sen(ωeαμ(t) jtβ
q
1jj
j
2
ii )μ(ty iii ty )(
Mínimos cuadrados
t 0μ(t)Dξ 1k1p
1kk
Prony
.)Cov(λeαμ(t)2p/
1j
tβj
j
Cuantificar amortiguamiento antes y después (PSS)Términos exponenciales y sinusoidales
amortiguados
Operador diferencial
Coeficientes desconocidos
A
2p/
1j
tβj
jeαμ(t) Respuestas transitorias estabilizan en el t
Solución apropiada:
SE conducido por fuerzas osc. cont
Combina comportamiento transitorio y periódico
-Error de observación aleator.-Errores Gaussianos-Estiman parámetros min Err2
2012 34Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Descomposición modal flujo de potencia entre áreas.
G = 0G = 30
G = 60
G = 120
Oscilaciones de potencia para diferentes ganancias
Componente fundamental
0,1439
0,1491
0,1590
0,1873
0,0000 0,0500 0,1000 0,1500 0,2000
0
30
60
120
Amortiguamiento
Gan
anci
a
FALTA EN NUDO 4 (Caso Amortiguado)Oscilaciones entre áreas New England-Generador 1
2012 35Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Estudio de estabilidad transitoria.
10
30
2
8
37
25 26 29
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1
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36
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6
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2221
19
4
33
5
20
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1
Kw
Kw
Kw
F4
Falta en el nudo 4 - Caso poco amortiguado 2
Topología de la red igual
150 ms
2012 36Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
Falta en el nudo 4, caso poco amortiguado con estabilizadores eólicos.
G=0G=30
G=60G=12
0
Flujo de potencia entre áreas Inestable→4s
G>60→Estable
2012
ESTABILIDAD Y AMORTIGUAMIENTO DE OSCILACIONES EN SISTEMAS ELÉCTRICOS CON ALTA PENETRACIÓN EÓLICA
1: Introducción. CONTENIDO
2: Fundamentos teóricos.
3: Estabilidad de pequeña señal de un sistema eléctrico con parques eólicos.
4: Estabilidad de sistemas eléctricos mediante estabilizadores eólicos.
5: Aplicación del estabilizador eólico al sistema Peninsular Español.
6: Estabilizadores de potencia.
7: Coherencia en sistemas interconectados AC.
.
1: Introducción. CONTENIDO
2: Fundamentos teóricos.
3: Estabilidad de pequeña señal de un sistema eléctrico con parques eólicos.
4: Estabilidad de sistemas eléctricos mediante estabilizadores eólicos.
5: Aplicación del estabilizador eólico al sistema Peninsular Español.
6: Estabilizadores de potencia.
7: Coherencia en sistemas interconectados AC.
.
37Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
2012 38
Sistema Peninsular Español.
Interconexiones
400 kV
220 kV
España
11.5% Demanda 11.5% Demanda
Elevada capacidad de generación eólica
Elevada capacidad de generación eólica
Reducida capacidad Reducida capacidad
3.5% Capacidad de generación
3.5% Capacidad de generación
Media Europea Media Europea
Cumbre Barcelona 2002 Cumbre Barcelona 2002
Protecciones desconectan
Protecciones desconectan
Oscilaciones clave para estabilidad Oscilaciones clave para estabilidad
de interconexión UCTEde interconexión UCTE
Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
2012 39
Aplicación del estabilizador eólico al sistema Peninsular Español.
Punta- invierno 2011 línea de doble circuito por Gerona. Importación inicial de potencia desde Francia asciende 1500 MW.
20000 MW EÓLICOS
INSTALADOS
REPARTO HOMOGENEO DE VIENTO
GENERAN 80% DE LA POTENCIA INSTALADA
75%→25%V<85%
Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
2012 40
Cortocircuito en la zona del Levante.
Zona del Levante
G=0
Nudo: 400 kV577MW20 PE G=8G=32
Flujo de potencia entre áreas Francia-España
Protección de mínima tensión
Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
2012 41
Cortocircuito en la zona del Levante.
G=32
0,1420
0,1800
0,2680
0,0000 0,0500 0,1000 0,1500 0,2000 0,2500 0,3000
0
8
32
Amortiguamiento
Gan
anci
a
FALTA EN LEVANTEInterconexión Francia-España
Producción de 5 parques eólicos
ΔPp→ Caída de tensión → Limitación de la corriente en los convertidores
5 zonas del Sistema Peninsular
Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
2012 42
Cortocircuito en la zona Central.
Zona Central
400 kV1119 MW45 PE
G=0G=8G=32
Flujo de potencia entre áreas Francia-España
Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
2012 43
Cortocircuito en la zona Central.
G=32
0,1480
0,1840
0,2360
0,4310
0,0000 0,1000 0,2000 0,3000 0,4000 0,5000
0
8
16
32
Amortiguamiento
Gan
anci
a
FALTA EN LA ZONA CENTRALInterconexión Francia-España
Producción de 5 parques eólicos
Resultados satisfactorios → Los parques pueden amortiguar
Escuela Politécnica Nacional "Dr. Carlos Gallardo"
2012
Dr. CARLOS GALLARDOCampus UniversitarioEdificio Ingenierìa EléctricaLadrón de Guevara E11-253Quito-EcuadorApartado 17-12-86617-01-2759Fax: (593-2) [email protected]
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
f – Conexiones fuertes Generación distribuida Normativa de conexión (Grid Code)
v – FACTS Normativa de Conexión
(Grid Code)δ adición de una señal de modulación y control suplementario