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Experiencia en participación de centrales eólicas en esquemas de respuesta a eventos de frecuencia
14 Diciembre 2011 – TECHWINDGRID 2011 – Madrid - España
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Agenda
2
1. Introducción
2. Ejemplos - participación en regulación de frecuencia
• Reducción automática de generación
• Estatismo de frecuencia
• Reserva rodante
3. Caso práctico – Sistema insular
4. Conclusiones
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Introducción
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Introducción
4
SITUACIÓN ACTUAL
• Aumento de penetración eólica en sistemas eléctricos
• Desplazamiento de generación convencional en el
despacho
• Uso de generación eólica en sistemas “insulares”
• Desarrollo de las prestaciones de control de la
generación eólica
DEMANDA DE PARTICIPACIÓN DE GENERACIÓN EÓLICA EN ASEGURAR LA ESTABILIDAD DE FRECUENCIA
• Códigos de red – requisitos para eólica
• Tecnólogos – desarrollo de herramientas
• Adaptación de la operación de sistemas
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Introducción
5
Participación de generación eólica en estabilidad de frecuencia
Estabilidad angular
Estabilidad detensión
Estabilidad defrecuencia
Estabilidad transitoria“Sincronismo”
Estabilidad a pequeñaperturbaciones“Oscilatoria”
Pequeña perturbaciónGran perturbación
CATEGORÍAS
ESTABILIDAD: “La capacidad de permanecer en equilibrio operativo durante las condiciones normales de operación y de recuperar un equilibrio aceptable tras sufrir una perturbación". [Kundur]
Operación asíncrona
Inercia sintética
Oscilaciones de tren de potencia Predicción y
despacho
Regulación de frecuencia
Control de P/Q
Control de tensión
Respuesta a huecos de tensión
Control de tensión
Participación de
generación
eólica
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Ejemplos –participación en
regulación de frecuencia
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7
Reducción automática de generación
Requisito de control
• Reducción rápida y controlada de potencia activa
a un nivel seguro predefinido
• Acción de control despachada remotamente por
el operador del sistema ante contingencias.
• Requisito del ejemplo es alcanzar nivel seguro
en 10s
Ensayo:
• Planta 20MW
• Aerogeneradores DFIG
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8
Estatismo de frecuencia (1)
• Característica ∆P-∆f ~ regulador de velocidad de
generadores convencionales
• Tiempo de reacción: varía
• Modalidades:
• Contribución a sobrefrecuencia
• Contribución a sobrefrecuencia /
subfrecuencia*
• Contribución a subfrecuencia*
*Operación con reserva rodante
Requisito de control
Wind Power
Plant active
power
controls
PoM
Measurements
Operator Settings:
Droops, Dead-band, fo, Modes, Enable.
Governor Characteristics
Ejemplo estatismo asimétrico (ROI)
• Característica de regulación puede ser:
• Estática o ajustada dinámicamente en
tiempo real
• Simétrica o asimétrica
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9
Estatismo de frecuencia (2)Ensayo – Respuesta dinámica de la regulación
0,998
1
1,002
1,004
1,006
1,008
1,01
1,012
0 10 20 30 40 50
Time [s]
Frequency [p.u.]
Fmeas
68
70
72
74
76
78
80
82
0 10 20 30 40 50
Time [s]
Power [MW]
Pref
Pmeas
• Planta >100MW
• Aerogeneradores DFIG
• Modo respuesta sub y sobrefrecuencia
(con reserva rodante inicial)
• Estatismo simétrico 10%
• Respuesta a sobrefrecuencia 1%
• Demora inicial < 1,5s
• Tiempo de respuesta < 2s
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10
Estatismo de frecuencia (3)Ensayo – Respuesta dinámica de la regulación
• Estatismo simétrico 10%
• Modo respuesta sub y sobrefrecuencia
• Planta operando en respuesta a sobrefrecuencia con escalón de -0,5%
• Demora inicial < 1,5s
• Tiempo de respuesta < 2s
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
0 5 10 15 20 25 30 35
Time [s]
Power [MW]
Pref
Pmeas
1,002
1,003
1,004
1,005
1,006
1,007
1,008
1,009
0 5 10 15 20 25 30 35
Time [s]
Frequency [p.u.]
Fmeas
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11
Estatismo de frecuencia (4)Ensayo – Respuesta dinámica de la regulación
• Estatismo simétrico 10%
• Banda muerta 0.08pu en frecuencia
• Planta operando en respuesta a sobrefrecuencia, sin reserva rodante
• Escalón de +1,3%
• Demora inicial < 1,5s
• Tiempo de respuesta < 2s
50
60
70
80
90
100
110
0 5 10 15 20
Time [s]
Power [MW]
Pref
Pmeas
0,998
1
1,002
1,004
1,006
1,008
1,01
1,012
1,014
1,016
0 5 10 15 20
Time [s]
Frequency [p.u.]
Fmeas
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12
Estatismo de frecuencia (5)Ensayo – Respuesta del actuador
• Respuesta de aerogenerador individual tipo DFIG
• Modo respuesta a sobrefrecuencia, sin reserva
rodante
• Estatismo 5,5%
• Dinámica de regulación propia del control del
aerogenerador
• Regulación del actuador es continua hasta mínimo
técnico de producción
• Regulación a nivel de central combina diferentes
acciones de control para conseguir la dinámica
requerida y nivel requerido más allá de limitación del
actuador
Definición de requisitos debe hacerse a nivel de central
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13
Reserva rodante (1)
• Reducción de potencia máxima
• Reserva fija
• Reserva relativa
Modos de definición
],...,0.0[
)1(
,
,
1
RatedOperator
OperatorAvailAvail
AvailOperatorOperator
Mode
ref
PP
PPP
PPP
P
=
≤∀
≤∀
=−
],...,0.0[
)2(
,
,
0)(,0
2
MAXerveRes
RatedAvailerveResRated
RatedAvailerveResAvail
erveResAvail
Mode
ref
PP
PPPP
PPPP
PP
P
∆=∆
>∀∆−
≤∀∆−
≤∆−∀
=−
]0.1,...,0.0[
)3(
,)1(
,)1(3
=
>∀⋅−
≤∀⋅−
=−
rveRese
RatedAvailRatedrveRese
RatedAvailAvailrveRese
Mode
ref
K
PPPK
PPPK
P
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14
Reserva rodante (2)
• Planta >100MW
• Aerogeneradores DFIG
• Operación a 92% potencia disponible / reserva de 4MW
• Error máximo instantáneo <3%
Ensayo – operación con reserva de potencia activa
45
47
49
51
53
55
57
59
61
63
65
0 10 20 30 40 50 60
Time [s]
Power [MW]
Pref
Pmeas
Ppossible
88
89
90
91
92
93
94
95
96
0 10 20 30 40 50 60
Time [s]
Power Production [% of Ppossible]
55
57
59
61
63
65
67
69
71
73
75
0 10 20 30 40 50 60
Time [s]
Power [MW]
Pref
Pmeas
Ppossible
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
0 10 20 30 40 50 60
Time [s]Power reduction [MW below Ppossible]
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Caso práctico –Sistema insular
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16
Caso práctico – Sistema insular
• Sistema aislado
• 850MW generación convencional
• 150MW generación eólica
• Máximos de penetración eólica entorno al
30%
• Alta fluctuación de cargas intradiaria (pico
40%)
CRETA - Características del sistema
Cómo instalar nueva generación eólica quereduzca dependencia de combustible sin perjudicar la seguridad y calidad del suministro?
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17
Caso práctico – Sistema insular
• Solución desarrollada conjuntamente entre Vestas y PPC (operador de la red insular)
• Aplicada en última central en conectarse
• Operador del sistema despacha la producción eólica en tiempo real
• Participación en respuesta a subfrecuencia
• Reserva rodante
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
18
/11
/201
1 0
0:0
0
18
/11
/201
1 0
4:4
8
18
/11
/201
1 0
9:3
6
18
/11
/201
1 1
4:2
4
18
/11
/201
1 1
9:1
2
19
/11
/201
1 0
0:0
0
19
/11
/201
1 0
4:4
8
19
/11
/201
1 0
9:3
6
19
/11
/201
1 1
4:2
4
19
/11
/201
1 1
9:1
2
20
/11
/201
1 0
0:0
0
Freq controlsetpoint
Active poweroutput
Externalsetpoint
kW
49.5
49.6
49.7
49.8
49.9
50
50.1
50.2
50.3
50.4
50.5
18
/11
/201
1 0
0:0
0
18
/11
/201
1 0
9:3
6
18
/11
/201
1 1
9:1
2
19
/11
/201
1 0
4:4
8
19
/11
/201
1 1
4:2
4
20
/11
/201
1 0
0:0
0
Solución adoptada: mayor participación de eólica en regulación de frecuencia
f
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Conclusiones
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Conclusiones
• Generación eólica contribuye a aumentar sostenibilidad y eficiencia del sistema
eléctrico
• Elevada penetración eólica puede afectar a la estabilidad de frecuencia
• Las centrales eólicas actuales pueden realizar servicios para la gestión de frecuencia
de los sistemas a los que se conectan
• La participación de centrales eólicas en regulación de frecuencia sin perjudicar otros
valores que aporta esta generación necesita un análisis de las necesidades y
capacidades
• Es necesario mantener un diálogo abierto entre todos los actores del sector para definir
el papel óptimo de la eólica en la regulación de frecuencia
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