Proyecto Fin de Carrera

OPTIMIZACIÓN DE UN BANCO DE OPTIMIZACIÓN DE UN BANCO DE CONDENSADORES Y REACTANCIAS EN CONDENSADORES Y REACTANCIAS EN

LA SUBESTACIÓN DE UN PARQUE LA SUBESTACIÓN DE UN PARQUE EÓLICOEÓLICO

Autor: Raul Vicastillo GolvanoDirector: Joaquín Mur Amada

Ponente: Miguel Samplón Chalmeta

OBJETO Y ALCANCE

Diseño de un sistema de control de la energía reactiva, que nos permita obtener una retribución económica, optimizando los bancos de condensadores y reactancias.

SISTEMAS DE COMPENSACIÓN DE ENERGÍA

REACTIVADebido a los efectos nocivos de los desfases V-I en sistemas de corriente alterna, como perdidas o infraestructuras:

• Dispositivos estáticos de compensación fijaAsociación de un banco de condensadores de compensación

Compensación de aplicaciones de carga constante

• Dispositivos estáticos de compensación escalonadaBaterías individuales se conectan y desconectan automáticamente

Regulación discreta, factor de potencia no permanece constante

Se fabrican con carácter exclusivo para una aplicación concreta

SISTEMAS DE COMPENSACIÓN DE ENERGÍA

REACTIVA• Dispositivos estáticos de compensación continua

Baterías individuales combinados con convertidores electrónicos

Suministro de potencia necesaria para mantener fijo el FP

Inconveniente las no linealidades del sistema

Filtros de armónicos, encarecen todavía más su valor

• Dispositivos convertidores de compensaciónConvertidores de potencia proporcionan toda la corriente reactiva

VSI´s, convertidores AC-DC o AC-AC

LOCALIZACIÓN DE LOS COMPENSADORES DE

POTENCIA REACTIVA EN PARQUES EÓLICOS

La compensación de una instalación eólica puede

presentarse en:

• Subestación

• Aerogeneradores

• Mixta

OPCIONES DE TARIFICACIÓN EN ESPAÑA

Remuneración según R.D.2818/1998• El factor de potencia se computaba mensualmente

• La máxima bonificación era del 4% sobre la potencia facturada, para FP>0.99

• Se podría ajustar manualmente los últimos días del mes, por lo que no requería ningún tipo de inversión en el parque

OPCIONES DE TARIFICACIÓN EN ESPAÑA

• Máxima bonificación de hasta un 8% de la potencia facturada

•El factor de potencia se computaba cada 15 minutos

• El sistema debe tener en cuentas periodos pico, valle o llano

Factor de Potencia

Retribución (%)Pico Llano Valle

InductivoFP<0.95 -4 -4 8

0.95 ≤FP<0.96 -3 0 60.96 ≤FP<0.97 -2 0 40.97 ≤FP<0.98 -1 0 20.98 ≤FP<1.00 0 2 0

1.00 0 4 0

Capacitivo0.98 ≤FP<1.00 0 2 00.97 ≤FP<0.98 2 0 -10.96 ≤FP<0.97 4 0 -20.95 ≤FP<0.96 6 0 -3

FP<0.95 8 -4 -4

Remuneración según R.D.436/2004

OPCIONES DE TARIFICACIÓN EN ESPAÑA

Remuneración según R.D.436/2004• La clasificación de horas pico, valle o llano en Aragón

INVIERNO VERANOPunta Llano Valle Punta Llano Valle18-22 8-18

22-240-8 9-13 8-9

13-240-8

•17% en periodos pico

•33% en periodos valle

•50% en periodos llano

} Bonificación máxima 8%

Bonificación máxima 4%

OPCIONES DE TARIFICACIÓN EN ESPAÑA

Remuneración según R.D.661/2007

• El factor de potencia se computa cada periodo horario

• Porcentaje de bonificación se mantiene de la tabla del R.D.436/2004, así como la clasificación de periodos pico, valle o llano

DESCRIPCIÓN DE LA REGULACIÓN

Dimensionar el sistema de compensación, pasos y tamaño de

condensadores y bobinas

Simular la regulación en un periodo largo

Obtener como figuras de merito, la remuneración anual, las

conmutaciones anuales, VAN, TIR y el tiempo de retorno de la

inversión

Dimensionamiento óptimo OKNoSi

Estimar la capacidad de los bancos de condensadores y

bobinas para un parque

DESCRIPCIÓN DE LA REGULACIÓN

Consigna de la regulación horaria• Buscaremos tener el factor de potencia óptimo para cada tipo de periodo

FPoptimo=cos optimooptimo=Arc cos(FPoptimo)

Qoptimo= P* tan optimo

DESCRIPCIÓN DE LA REGULACIÓN

Características especiales del sistema de bonificación

• La bonificación del control se percibe al final de la hora

•Los actuadores son discretos

•Las bobinas y los condensadores tienen un tiempo medio de funcionamiento antes de fallar

•La potencia reactiva es proporcional al número de elementos conectados y al tiempo que están conectados

•El factor de potencia horario depende de la energía activa generada en la hora

•La consigna , el factor de potencia varía de una hora a otra

OBTENCIÓN DE LA BONIFICACIÓN HORARIA

• Calculamos el factor de potencia horario

• Obtenemos, a partir de la tabla, el porcentaje de bonificación obtenido

•Aplicamos el porcentaje al valor de la energía durante dicha hora

DISEÑO DE LA REGULACIÓN1. Predecir las energías horarias

2. Comprobamos si el factor de potencias se encuentra dentro de la banda admisible

3. En caso negativo, comprobamos si conmutando un elemento durante el resto de la hora entro en la banda admisible

4. Actuamos de forma consecuente

DISEÑO DE LA REGULACIÓN• Compararemos una predicción de la potencia reactiva

durante cada hora, con la que sería la potencia reactiva optima durante dicha hora.

• Así calcularemos la predicción:

• t1 y t2 corresponden a la fracción transcurrida y restante

DISEÑO DE LA REGULACIÓN• Dividiremos la regulación en

3, correspondiente a los diferentes valores de Qoptimo, según estemos en periodo pico, valle o llano

• Calcularemos el error entre Qoptimo y la predicción

• No somos penalizados siempre y cuando estemos por encima del Qoptimo en los periodos valle, o por debajo en los periodos pico.

• En los periodos llano nos interesa estar lo mas cercano a una potencia reactiva horaria igual a 0.

DISEÑO DE LA REGULACIÓNPERIODOS VALLE

• Si estamos por debajo del nivel mínimo C↓ ó L↑

• Si superamos en más de un escalón el nivel L↓ ó C↑

PERIODOS PICO

• Si estamos por encima del nivel máximo L↓ ó C↑

• Si superamos en mas de un escalón el nivel C↓ ó L↑

PERIODOS LLANO

• Si estamos por debajo del cero C↓ ó L↑

• Si superamos en más de un escalón el cero L↓ ó C↑

DISEÑO DE LA REGULACIÓN• Nos encontramos con un problema cuando trabajamos a

baja potencia.

• Lo solucionaremos haciendo que la banda de histéresis sea inversamente proporcional a la potencia activa.

0 1 2 3 4 5 6 7

4

2

0

2

4

D ia

cond

ensa

doresQoptimo

0 1 2 3 4 5 6 7

4

2

0

2

4

6

D ia

indu

ctanc

iasQoptimo• Resultados genéricos con condensadores e inductancias

CONDENSADORES BOBINAS

OPTIMIZACIÓN DE LOS BANCOS1. Realizar una tabla de con el numero y los tamaños de los

bancos y deducir cuales son los casos mas razonables a priori.

2. De estos casos mas razonables, calcularemos una serie de parámetros que nos indicaran cual es el caso mas adecuado. Bonificación adicional

Conmutaciones anuales

VAN

TIR

Tiempo de retorno de la inversión

3. Seleccionaremos el dimensionamiento óptimo

MEJORAS EN LA PROGRAMACIÓN

• Regulación vectorial Regulación secuencial

• Interpolación del registro de datos

• Posibilidad de predicción por persistencia o por tendencia

• Visualización en tablas de los cálculos economicos

ESTUDIO DEL PARQUE 1• Parque de 50 MW

• Comenzamos fijando un valor lo de los bancos de condensadores

• Deducimos el dimensionamiento óptimo de los bancos de inductancias

• El dimensionamiento seleccionado será 1 escalón de 0.2

ESTUDIO DEL PARQUE 1• Determinamos el dimensionamiento de los condensadores

• El dimensionamiento óptimo para los bancos de condensadores será de 2 escalones de 0.3

VAN TIRConmutaciones

ESTUDIO DEL PARQUE 1• Coste inicial de la instalación 125000 €

• Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la regulación para el método de la persistencia y la tendencia

• Los dos modelos son completamente validos

• En este parque aplicaremos el método de predicción por tendencia

ESTUDIO DEL PARQUE 2• Parque de 25 MW

• El dimensionamiento óptimo de los bancos de inductancias será de 1 escalón de 0.3

• El dimensionamiento óptimo para los bancos de condensadores será de 2 escalones de 0.3

VAN TIRConmutaciones

ESTUDIO DEL PARQUE 2• Coste inicial de la instalación 133125 €

• Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la regulación para el método de la persistencia y la tendencia

• Los dos modelos son completamente validos

• En este parque aplicaremos el método de predicción por persistencia

ESTUDIO DEL PARQUE 3• Parque de 50 MW

• El dimensionamiento óptimo de los bancos de inductancias será de 1 escalón de 0.2

• El dimensionamiento óptimo para los bancos de condensadores será de 2 escalones de 0.3

VAN TIRConmutaciones

ESTUDIO DEL PARQUE 3• Coste inicial de la instalación 125000 €

• Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la regulación para el método de la persistencia y la tendencia

• Los dos modelos son completamente validos

• En este parque aplicaremos el método de predicción por tendencia

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