RED ELÉC T RI C A DE ESPAÑA

Transcripción

1 RED ELÉC T RI C A DE ESPAÑA La Energía Eólica y su Integración en la Red 2ª Sesión: Estabilidad de red y energía eólica Luis Imaz Monforte Director de Desarrollo de la Red Madrid 24 de Enero de

2 Estabilidad del Sistema y Energía Eólica: Introducción: qué entendemos por estabilidad? Clasificaciones posibles de la estabilidad. Dinámicas de los fenómenos y dinámicas involucradas. Para que sirven los estudios de estabilidad? Particularidades del sistema eléctrico español: Península SEIE Estudios de integración de energía eólica. Conclusiones. 2

3 Introducción: qué entendemos por estabilidad? La capacidad de los sistemas de energía eléctrica para permanecer en un punto de funcionamiento estable o de alcanzar un nuevo punto de funcionamiento estable tras la ocurrencia de una perturbación. 3

4 Introducción: qué entendemos por estabilidad? La capacidad de los sistemas de energía eléctrica para permanecer en un punto de funcionamiento estable o de alcanzar un nuevo punto de funcionamiento estable tras la ocurrencia de una perturbación. 4

5 Dinámicas de los fenómenos: Long-term Dynamics Middle-term Dynamics Operation planning Transient stability Frequency Load Shedding Dispatcher Action Asynchronous motors Load Frequency Control Tertiary Control Generator and Excitation Primary Control Unit Inertia Fast Unit Start-up Overcurrent Limiters On Load Tap Changers Boiler Dynamics 1min Reliability 1hour Time [sec] 5

6 Clasificaciones de la Estabilidad del sistema: Capacidad para permanecer en un punto estable. Equilibrio entre fuerzas opuestas. Estabilidad de Ángulo Capacidad para mantener el sincronismo Equilibrio de par en las máquinas síncronas Estabilidad de tensiones Capacidad de mantener tensiones estacionarias aceptables Equilibrio de potencia reactiva Estabilidad transitoria Grandes perturbaciones Deriva aperiódica de la primera oscilación s. Estabilidad de medio plazo Estabilidad de largo plazo Problemas severos; grandes excursiones de la frecuencia y la tensión Dinámicas lentas y rápidas Varios minutos. Dinámicas lentas Decenas de minutos Estabilidad de tensiones de gran perturbación Grandes perturbaciones Maniobras Dinámicas de los cambiadores de tomas, cargas Coordinación de protecciones y sistemas de control. Estabilidad de pequeña perturbación Inestabilidad no-oscilatoria Par sincronizante insuficiente Modos locales Inestabilidad oscilatoria Par amortiguador insuficiente Acción de control inestable Modos inter-área Control de Modos Estabilidad de tensiones de pequeña perturbación Dependencia P/Q-V Márgenes de estabilidad, reserva de Q Fuente: Power System Stability and Control by Prabha KUNDUR Electric Power Research Institute PowerSystemEngineering Modos torsionales Series 6

7 Elementos involucrados y datos necesarios: Flujo de cargas: Dinámicas representadas: Solución estática del sistema. Generadores «ordinarios»: Modelo resto UCTE (Francia detallada + equivalentes resto). SS.AA. grupos nucleares Máquina eléctrica. Reguladores de velocidad. Reguladores de tensión. Generadores eólicos: modelo de parque equivalente en baja. Estabilizadores. Protecciones específicas. Carga: Potencia, corriente,.. Sistemas Especiales de Protección: DRS50 interconexiones Francia. Generadores «régimen especial»: Modelos ad-hoc para representar determinados elementos Generador. Acoplamiento turbina-generador. Protecciones específicas 7

8 En qué consiste un estudio de estabilidad? Modelo del sistema Modelos y datos dinámicas involucradas (datos dinámicos) Punto de funcionamiento (flujo de cargas) PSS/E -1771,1 Fin Sí Satisface los criterios? No 8

9 Por qué se estudia la estabilidad de un sistema eléctrico? Objetivo: asegurar el funcionamiento estable del sistema frente a perturbaciones: Ex_ante: incidentes hipotéticos de la red actual. de propuestas de desarrollo. Ex_post: incidentes ocurridos en la red. Qué obtenemos? Tiempos críticos de despejes de falta: necesidades de equipamiento. Conocimiento causas incidentes: medidas correctoras. Autorización de descargos de la RdT. Integración armónica de nueva generación: acceso a la red generación eólica 9

10 Particularidades del sistema eléctrico peninsular español: 10

11 Particularidades del sistema eléctrico peninsular español: Comparación España-Alemania (2004) MW eol.ins. 553 TWh dem.an. 77 GW punta 83 Mhab MW eol.ins. 235 TWh dem.an. 38 GW punta 43 Mhab Cap. Importación F: MW P: MW MO: 400 MW Cap. Importación A: MW CZ: MW CH: MW DK: MW F: MW NL: MW PL: MW S: 460 MW 11

12 50,010 f [Hz] Interdependencia de los sistemas eléctricos: Desconexión intempestiva de 980 MW en España. 49,970 Albertville (F) Mettlen (CH) Uchtelfangen (D) Heviz (H) 49,930 49,890 Cartelle (E) Tajerouine (TN) T 4,1s f 0,24 Hz Polaniec (PL) 49, mhz 5 s 49,810 13:00:15 13:00:20 13:00:25 13:00:30 13:00:35 13:00:40 13:00:45 12

13 Particularidades de los SEIE: mhz Frecuencia (Hz) Generación eólica (MW) :00 5:30 6:00 6:30 7:00 7:30 8:00 Hora Gran Canaria

14 Extensión del hueco de tensión Necesaria adecuación de la eólica existente para soportar los huecos de tensión 14

15 Estudios de integración (máxima penetración): Los análisis de comportamiento estático y dinámico permiten establecer posibilidades para la generación en distintos ámbitos geográficos. AMBITO TOPOLÓGICO Nudo de transporte (y distribución subyacente) Zonas Eléctricas Sistema CARÁCTER DE LIMITACIÓN Flujo de Cargas Potencia de Cortocircuito Estabilidad Flujo de Cargas Potencia de Cortocircuito Estabilidad Balance P+jQ Estabilidad 15

16 Estudios de máxima capacidad eólica: resultados Plan H2011 MINECO (Octubre 2002) MWinst Escenario de demanda Punta Valle Producción eólica admisible (t 500 ms) MW MW Capacidad de soportar huecos de tensión 16

17 Pérdidas de producción por perturbaciones (18/01/2004). 17

18 Pérdidas de producción por perturbaciones. Pérdida de generación eólica asociada al incidente en el autotransformador AT-1 400/220 kv de Magallón 1/8/2005 MW 20:36 h: Corriente de conexión del Autotransformador 1 400/220 kv de Magallón Pérdida de generación eólica: 1.150MW 19:00 h: Desconexión del Autotransformador 1 400/220 kv de Magallón Pérdida de generación eólica: 600 MW Tiempo 18

19 Pérdida de eólica al cerrar el lado de 220 kv del transformador 400/220 kv de Magallón Simulación de la propagación del hueco de tensión consecuencia de la energización del transformador

20 Estudios de máxima capacidad eólica: resultados Revisión actual MITyC. Escenario de demanda % de generación eólica adecuada respecto a la actual (10GW) Potencia eólica admisible (MW) Punta 50% < MW 75% MW 100% > MW Valle 0% 75% MW > MW MWinst Requisitos técnicos de conexión para los parques eólicos: P.O (hueco de tensión) 20

21 Adaptación del parque generador eólico ante los huecos de tensión: Requisitos técnicos. Tensión (pu) 1 0,8 Capacidad de soportar los «huecos de tensión»: garantía de no desconexión ante una perturbación. (No desconexión en la zona gris de la gráfica). Instante de comienzo de la perturbación 0,95 pu Consumos de potencia activa y reactiva: Se permiten consumos de activa puntuales 150 ms después de la falta y 150 ms después del despeje de la falta 1 0,9 Ireactiva / Itotal (pu) falta y recuperación operación normal Generación de reactiva 0,2 duración de la falta despeje de la falta 0 0,5 0,85 Consumo de reactiva Tensión en el punto de conexión a la red (pu) 0 0, Tiempo (seg.) Reparto entre corriente activa y reactiva (generada o consumida) en el punto de conexión a la red, en función de la tensión en dicho punto. 21

22 Influencia Interconexiones con Francia: Interconexiones con Francia Actuales Futuro D/C 400 kv corredor oriental Punta (75% adecuado MW producidos) Valle (75% adecuado MW producidos) Sobrecargas no aceptables líneas de interconexión Reducción de importación (< 1500 MW) Aceptable (aprox MW pérdidos importación 750 MW) Desconexión de >3000 MW (2500 MW de importación) Desconexión de >3000 MW Desconexión de >3000 MW 22

23 Conclusiones:Propuestas para una integración segura de la energía eólica. Adaptación del parque generador eólico ante los huecos de tensión. Control de generación para su operación coordinada con Red Eléctrica. Desarrollo de las interconexiones internacionales: Francia Coordinación entre Administraciones. 23