PAPER. Instituto de Protecciones de Sistemas Eléctricos de Potencia Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Río Cuarto

Transcripción

1 PPER Title PERTURIONES DE TENSIÓN EN SISTEMS DE DISTRIUIÓN ON PRESENI DE GENERDORES DE INDUIÓN Registrtion Nº: (strt) Instituto de Proteiones de Sistes Elétrios de Poteni Fultd de Ingenierí Universidd Nionl de Río urto uthors of the pper Ne ountry e-il Sestián Mrtín Nesi rgentin Jun rlos Góez rgentin Key words Gestión de l red, utotizión de l Distriuión, Redes Elétris Inteligentes RESUMEN L fuente de energí renovle ás sustentle hst el oento es l generión eóli. Y dentro de sus tnts lterntivs, los generdores de induión son los ás difundidos. ños trás, el osto elevdo de l eletróni de poteni, hizo que l onfigurión dole lientdo (DFIG) se l ás difundid y que el drive de exitión es de solo el 3% de l poteni totl de l áquin ( difereni de los generdores full onverter en los que se requiere 1%). En ests ondiiones, l áquin posee el esttor onetdo diretente l siste, on lo ul, ulquier perturión de l red es sorid en prier instni por el generdor hst que los enisos de ontrol túen sore el iso. En el presente trjo se estudiron los efetos de l vriión de energí retiv sorid por l áquin nte perturiones de flutuión de tensión. Los estudios fueron relizdos on áquins de lortorio, on potenis de 4 8 kv. Estos estudios rrojron los práetros neesrios pr poder justr los odelos de siulión. Medinte Mtl Siulink, se representó un típio siste de distriuión on l preseni de generdores distriuidos del tipo DFIG. Se relizron últiples flls en distintos puntos del siste, oservndo l dinái glol de l red. Los resultdos otenidos uestrn que los portes de energí retiv son onsiderles, oplindo el nálisis nte flls. Qued deostrd l neesidd de estudios prtiulres dependiendo de l onfigurión del siste. 1 / 5

2 PPER 1 INTRODUIÓN Los generdores de induión doleente lientdos (DFIG) son unos de los sistes ás utilizdos l hor de provehr l energí eóli. Estos poseen l prtiulridd que pueden trjr on un régien de veloidd vrile, pudiendo extrer yor ntidd de energí del viento. Pr logrr est rterísti, los DFIG deen ser onetdos diretente l red por l prte esttóri y edinte eletróni de poteni por el rotor. Esto le d un ventj frente los generdores full onverter, y que los ostos soidos eletróni de poteni son enores [1], [2], [3]. En el presente trjo se expone l dinái de los generdores doleente lientdos y los lientdos por esttor (IG) frente perturiones de tensión en l red. Est rterísti es onoid oo LVRT (de sus sigls en inglés Low Voltge Right Through), l ul está reglentd en los ódigos de red de nuerosos píses [4]. Se oprron ls dináis de los generdores DFIG e IG frente hueos de tensión, oprndo energís tivs, retivs y perfiles de tensión. Por últio se relionron ls urvs EM y los ódigos de red de un deterindo pís, on los perfiles de tensión del siste on preseni de generdores distriuidos. 2 DESRROLLO El trjo fue desrrolldo on áquins de lortorio del orden de 5 7,5 kw de poteni. Medinte el nálisis de ls iss, se pudo extrer ls onstntes neesris pr rr los odelos de siulión utilizdos por Mtl Siulink. L siguiente igen uestr el odelo epledo pr siulr el oportiento de un generdor doleente lientdo. Este tipo de esque fue seleiondo y que perite nlizr el oportiento de l áquin generdor sin que intervengn los sistes de ontrol propios de los generdores DFIG. Por otro ldo, l figur Nº2 uestr el iruito orrespondiente l generdor de induión exitdo por esttor. MI Osillosopio GI Rotor TV TI Esttor Trnsfordor onttor Red Prinipl Figur 2. Esque jo estudio generdor IG lientdo por esttor. Un vez otenidos los práetros, se proedió on el rdo del esque pr relizr ls siuliones edinte Mtl Siulink. te te FLL LINE 2 LINE 1 RED T FLL DFIG ) SM P Vf_ LINE 2 LINE 1 RED T te te MI Osillosopio GI TV TI Esttor Trnsfordor onttor Red Prinipl DFIG1 ) Figur 3. ) Modelo DFIG pr estudio de LVRT. ) Modelo IG pr estudio de LVRT. Rotor GS M Figur 1. Esque jo estudio generdor DFIG. 2.1 Vriiones de tensión en régien pernente Un estudio preliinr l LVRT es el oportiento de los generdores nte vriiones leves de tensión. Se entiende vriiones leves ls que están oprendids en un porentje de ±1 % de l tensión de red. Este 2 / 5

3 porentje es el peritido por iertos ódigos de red y se lo onsider oo vriiones en régien pernente. Ests vriiones son rterizds y he un tiepo por ls urvs EM, en donde no solo se espeifin ls ptitudes pr soportr hueos de tensión sino tién soretensiones [5]. Ls gráfis ostrds ontinuión representn l vriión de ls potenis tivs y retivs vinulds los generdores. En el prier so, Figur 4, generdor DFIG,, puede preirse un inreento de energí retiv portd desde el generdor hi l red undo se produe el desenso de tensión. Pr este so l tensión solo yó un 1% nte un deterindo evento. 4 PPER hi el siste undo en el iso se produe un fll on su onseuente disinuión de tensión. Su inpidd de entregr energí retiv onvierte l generdor en un rg pr el siste, gudizndo el hueo de tensión. Pr el iso evento o fll, undo el generdor instldo es un DFIG, l situión ejor y que éste puede entregr energí retiv hi el siste, ejorndo el perfil de tensiones. Pr os sos l poteni tiv entregd es l is. 2.2 LVRT de generdores DFIG e IG L pidd de trvesr un evento de hueo de tensión es un práetro soliitdo por los ódigos de red de nuerosos píses en donde se instlen generdores distriuidos [4]. Poteni tiv [W] Poteni Retiv [Vr] Figur 4. Potenis tiv y Retiv nte un vriión del -1% de l tensión de líne (generdor DFIG). Pr el siguiente so, Figur 5, generdor IG, puede preirse un disinuión de energí retiv sorid desde el generdor hi l red undo se produe el desenso de tensión. Ls ondiiones de fll son ls iss que pr el so nterior, pero quí l tensión desiende un 27 %. Esto se dee que el generdor requiere energí retiv pr su funioniento, oplindo el evento de íd de tensión. Poteni tiv [W] Poteni Retiv [Vr] Figur 5. Potenis tiv y Retiv nte un vriión del -27% de l tensión de líne (generdor IG). oo er de esperr, los generdores del tipo IG poseen un oportiento ás perjudiil 3 / 5 Figur 6. ódigos de Red. Un ejeplo itr es el ódigo de red de Dinr, Figur 7-), en donde se dividen ls exigenis según l poteni del generdor instlr. Pr generdores on potenis enores 1,5 MW el ódigo exige que l áquin pernez onetd y entregndo l poteni prefijd si l tensión no desiende del 9% de l tensión de red, zon. Si l is e por dejo del 9% y por eni del 2% l áquin se enuentr en zon, en donde se dej en segundo plno l onsign de poteni tiv, psndo l juste por poteni retiv de uerdo l nivel de íd de tensión, Figur 7-).. Por últio, l zon es en donde se tiene peritid l desonexión del generdor. Si nos situos en l zon de operión, el generdor está oligdo entregr energí retiv l siste pr yudr sostener l tensión del iso. L relión de uánto dee entregr el generdor está expresd por l gráfi ) de l Figur 7. De uerdo unto se l íd de tensión del siste, es l relión de Iq/ In que dee justr el ontrol del generdor.

4 PPER 2 Tensión en el punto de onexión Tensión en el punto de onexión ) P oteni P [W ] Poteni Q [Vr] Fll Figur 8. Potenis tiv y Retiv nte un hueo de tensión l 25% (generdor DFIG). 1 Post Fll Tensión [p.u.] ) Iq/In Figur 7. ódigo de Red Dinrqués pr prques on potenis yores 1,5MW [6]. Pr el estudio, se relizron hueos de tensión on durión y profundidd vrile. e destr de nteno, que el generdor de induión exitdo por esttor, por su onepto de funioniento, no podrá uplir los ódigos de red y que el iso requiere de energí retiv de l red pr su exitión. Por lo ul, no podrá portr Iq hi l fll. L Figur 8 uestr l vriión de potenis tiv y retiv suinistrds por el generdor. L fll oienz en t=1 s on durión 1 s. Se puede preir que durnte l fll el generdor entreg poteni retiv l siste y redue l poteni tiv. Posterior l fll, Figur 9, oo l tensión del siste se reuper el generdor sore energí retiv pr ejorr su perfil de tensiones. Est situión provo que l reuperión de l tensión se ás lent y pose osiliones Figur 9. Tensión en p.u. ornes del generdor nte l fll. Si nlizos el iso evento pero on un generdor de induión exitdo por esttor, Figurs 1 y 11, podreos ver que ntes del evento l áquin sore poteni retiv pr poder entregr tiv. l oento de l fll, l áquin entreg un ntidd liitd de energí retiv lend de ner gnéti. Un vez que el generdor se qued sin exitión, e l entreg de poteni tiv. Poteni P[W] Poteni Q[Vr] 1-1 Fll 2-2 Fll -4 Figur 1. Potenis tiv y Retiv nte un hueo de tensión l 1% (generdor IG). L reuperión de l áquin exige l to de energí del siste pr llegr ls iss ondiiones pre-fll. L Figur 11 uestr el perfil de tensiones nte el evento. oo podeos ver, si opros l figur 11 on l 9, notreos un difereni entre ls profundiddes de los hueos de tensión 4 / 5

5 PPER siendo que el evento es de ls iss rterístis, solo se h reeplzdo el generdor DFIG por el IG. Tensión [p.u.] Figur 11. Tensión en p.u. ornes del generdor nte l fll. 2.3 rterizión de los generdores edinte EM Los generdores distriuidos son equipos olodos en distintos niveles de tensión dentro del siste. Llegndo l punto de ser onetdos en niveles edios y jos de tensión, en donde físiente están er de rgs en el siste. Es por ello que el siguiente nálisis opr un evento de hueo de tensión on y sin l preseni del generdor distriuido. En l Figur 12 podeos enontrr l representión gráfi de l tensión en funión del tiepo en ilos. utro gráfis son ostrds en ell, un es l urv EM, l ul estudi l hilidd de soportr un hueo de tensión pr un equipo o rg sensile (negro). Otr es el ódigo de red dinrqués, el ul le d inforión l generdor pr deterinr su slid de serviio frente un desenso de tensión (rojo). Ls restntes dos gráfis, zul y verde, representn el perfil de tensiones l presentrse un fll gus rri en el siste, sin y on l preseni del generdor DFIG respetivente. Tensión [%] Fll Post Fll Lo priero destr es l difereni entre ls urvs EM y el ódigo de red. l peritir onetr generdores en niveles jos de tensión en donde está onetd l rg, podeos enontrr setores en el gráfio donde el equipo sensile sle fuer de serviio y el generdor pernee onetdo. Esto supone un ontrriedd prier instni, pero si nlizos el iso evento on y sin l preseni del generdor, vereos que en el prier so el equipo sensile soport l fll y pernee onetdo (gráfi verde) y pr el segundo (gráfi zul) l slid de serviio es ininente. 3 ONLUSIONES Se onluye que el generdor de induión exitdo por esttor, no solo no uple on los ódigos de red, sino que nte un fll epeor el perfil de tensiones perjudindo los equipos sensiles. Los generdores doleente lientdos uplen on los ódigos de red y ejorn el nteniiento del nivel de tensión nte un perturión. L oinión de urvs EM y de los ódigos de Red nos periten nlizr el oportiento de los equipos sensiles y los generdores nte un fll, dndo oo resultdo un notle ejorí l preseni de los DFIG. 4 REFERENIS [1] S. Muller, M. Deike, nd R. W. De Donker, Douly fed indution genertor systes for wind turines, IEEE Ind. ppl. Mg., vol. 8, no. 3, pp , My/Jun. 22. [2] S. Heier, Grid Intergtion of Wind Energy onversion Systes. New York: Wiley, [3]. Petersson nd S. Lunderg, Energy effiieny oprison of eletril systes for wind turines, presented t the IEEE NordiWorkshop Power Industril Eletron. (NORpie/22), Stokhol, Sweden, 22. [4] D. tkinson, G. Pnnell, W. o,. Zhwi, T. eyseker nd M. Jovnovi Douly-Fed Indution Genertor Test Fility for Grid Fult Ride-Through nlysis, IEEE Instruenttion & Mesureent Mgzine, vol. 15, no. 2-27, Di. 212 [5] J.. Góez Trgron, lidd de Poteni Pr Usurios y Epress Elétris, 1 ed. - uenos ires: Edigr, 25., pp [6] (214, pr. 3) [Online] Disponile: 2, ilos e grid ode Denrk on Generdor Sin Generdor Figur 12. oprión urvs EM, ódigo de Red de Dinr, hueo de tensión on y sin generdor distriuido. 5 / 5