Detección y operación en isla eléctrica con fuentes no reguladas en redes inteligentes

Alonso Hernández, Alberto (2018) Detección y operación en isla eléctrica con fuentes no reguladas en redes inteligentes. Maestría thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

La presencia de fuentes no reguladas como la eólica y solar han impulsado una transformación en la operación de las redes eléctricas, la falta de control en la generación y la demanda de potencia reactiva ha impuesto nuevas restricciones operativas en la operación de las redes eléctricas. Por otro lado, la interconexión de pequeñas fuentes de generación en zonas de la red eléctrica de media tensión forma zonas eléctricas en las que la alimentación proveniente del sistema es reemplazada por la generación local, por lo que la generación de islas eléctricas es un escenario probable. La generación instalada en estos subsistemas que podrían llegar a ser aislados del resto de la red principal son las fuentes que deben aportar la potencia demandada en el instante de la formación de este escenario. Este subsistema se caracteriza por presentar escenarios complejos en su operación en modo isla, por lo que la tendencia en la industria es desconectar todos los generadores inmediatamente después de la pérdida de conexión a la red principal y la zona aislada. Una alternativa para no desconectar los generadores y continuar alimentando las cargas de la zona aislada es habilitar un esquema de salvamiento de isla; este es la propuesta principal de este trabajo de investigación. Para lograr el objetivo propuesto es necesario aplicar un esquema de protección anti-isla y reconfiguración automática de la red para mantener los niveles de los parámetros del sistema en valores cercanos a los nominales y de esta forma salvar la isla. El sistema planteado se convierte en un método remoto comunicado, donde la base reside en el monitoreo de las señales en terminales de generadores, de cargas y en el punto de acoplamiento a la red principal. La solución presentada consiste en la aplicación de algoritmos de detección de isla eléctrica y VII de un método que, justo antes de disparar los generadores, realiza cálculos de potencias y determina si existe la posibilidad de permitir a los generadores que sigan trabajando y salvar la isla. Una vez determinado el error de potencia se decide una de las dos alternativas posibles; la desconexión de carga por baja frecuencia basado en la metodología del algoritmo de tiro de carga por baja frecuencia o la reducción de la potencia entregada por la central eólica basándose en la metodología del control del ángulo de paso en las paletas de un generador para controlar la potencia durante velocidades altas. Los resultados muestran como la aplicación del método propuesto ofrece una alternativa para frenar el desvío abrupto de la frecuencia en el subsistema aislado y mantenerlo en un valor cercano al nominal, de esta manera se puede salvar la isla y mantener las cargas alimentadas durante la desconexión a la red principal con un margen operativo aceptable hasta esperar una posible reconexión a la red principal. La variación de frecuencia es amplificada por la inercia del sistema eléctrico proporcionada regularmente por las fuentes de generación, en generadores convencionales resulta entonces una variación de la frecuencia inversamente proporcional a su inercia. En la problemática estudiada en este trabajo de tesis, la isla está conformada por fuentes no reguladas en las que no se tiene almacenamiento de energía cinética, teniendo una inercia reducida comparada con generadores convencionales, y por tanto la variación frecuencia es mayor. Una alternativa estudiada en diversos trabajos es incorporar esa energía por medio de sistemas de almacenamiento, como son los bancos de baterías, para modular la variación frecuencial de la operación en isla. Un caso de estudio es añadido empleando un modelo de bancos de baterías en el subsistema para el caso de emergencia donde la capacidad de generación es insuficiente en el momento de la desconexión, la aportación de este dispositivo es entregar su energía almacenada durante dicha emergencia. La recarga de la energía en el dispositivo de almacenamiento es acumulada en lapsos de baja demanda.

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