Vu Van Thong y Johan Driesen
Fuente: Manual de Calidad de Energía Editado por Angelo Baggin, John Wiley & Sons, Ltd
1.0 RED DE DISTRIBUCIÓN
Se utiliza un segmento de un sistema de distribución de media tensión belga existente para estudiar la calidad de la energía y la estabilidad del voltaje con diferentes sistemas de generación distribuida. (DG) tecnologías (Figura C16.1). El sistema incluye un transformador de 14 MVA, 70/10 kV y cuatro alimentadores de cable. El devanado primario del transformador está conectado a la red de transmisión y puede considerarse como un nodo infinito.. El funcionamiento normal del sistema de distribución es en modo radial y las conexiones en el nodo 111 con comederos 2, 3 y 4 normalmente estan abiertos.
2.0 AUMENTO DE TENSIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO
Una unidad DG está conectada al nodo 406 de alimentador 4. Puede ser un generador síncrono o de inducción.. La carga total en el sistema es 9.92 megavatio, 4.9 Mvár. Tanto los generadores síncronos como los de inducción se simulan con diferentes potencias de salida en 3 microondas y 6 megavatio. El generador síncrono tiene un factor de potencia de 0.98 (inyectando potencia reactiva a la red). El generador de inducción tiene un factor de potencia de 0.95 (Consumiendo potencia reactiva de la red.). Comparado con el caso base sin ningún DG conectado, La potencia activa del DG aumenta los voltajes en el alimentador. 4 (Figura C16.2). Para los sincrónicos 6 megavatio, se producen sobretensiones en el nodo 406 y sus vecinos.
La figura C16.3 ilustra cómo el voltaje en el nodo 406 cambios con diferentes potencia generada y factores de potencia. En comparación con el caso en el que DG solo inyecta potencia activa u opera con un factor de potencia unitario, Los generadores síncronos aumentan el voltaje del sistema más rápidamente debido al soporte de energía reactiva.. Para generadores de inducción, el aumento de voltaje es menor, y a un cierto nivel de generación de energía, el voltaje comienza a disminuir. Esto se debe a que los generadores de inducción necesitan potencia reactiva., ser negativo en (16.4), produciendo una reducción en el aumento de voltaje.
A través de este estudio, La DG puede mejorar y soportar el perfil de voltaje del sistema de distribución.. Se puede observar que el impacto de la inducción es menos grave que con los generadores síncronos en términos de aumento de voltaje. (Figura C16.4). Si hay una sobretensión en el sistema con el generador síncrono, tiene que funcionar con subexcitación y absorber potencia reactiva en lugar de inyectarla en el sistema..
3.0 FLUCTUACIONES DE TENSIÓN
Para ilustrar el problema de fluctuación de voltaje con DG, una fotovoltaica (PV) se utiliza el sistema. La potencia reactiva es producida por un condensador del filtro de red del inversor y es casi constante, por lo que el sistema fotovoltaico se trata como un nodo de calidad de energía con potencia negativa.. La potencia fotovoltaica se calcula a partir de una media de 5 s de datos de irradiancia medidos durante un año en Lovaina., Bélgica. En este estudio, un conjunto fotovoltaico con 50 La potencia máxima nominal en kW está conectada al nodo 304. La Figura C16.5 muestra la producción de energía durante una hora del sistema fotovoltaico al mediodía en un día de verano ligeramente nublado.. Para aislar el impacto de la fluctuación de voltaje de la energía fotovoltaica de la variación de carga de corta duración en nodos individuales, las cargas se suponen constantes durante el cálculo. La carga total en el sistema es 4.4 megavatio, 1.9 Mvár. En la figura C16.6, la fluctuación de tensión corresponde a las fluctuaciones de la potencia activa inyectada del sistema fotovoltaico.
En momentos en que las nubes cubren el sol, la energía generada puede disminuir rápidamente 60 %, causando variaciones repentinas en los voltajes de los nodos en el rango de 0.1 %. La capacidad instalada de energía fotovoltaica en este estudio es bastante baja en comparación con la capacidad del sistema de distribución y las cargas., entonces el valor de la fluctuación de voltaje es bastante bajo. Sin embargo, con una alta densidad de conexión o la conexión de un gran sistema fotovoltaico, El problema de fluctuación de voltaje podría volverse grave. [27].
La GD con producción de energía fluctuante, como en los sistemas eólicos o fotovoltaicos, puede introducir fluctuaciones estocásticas., y parpadear, en la tensión de red en el rango de segundos a una hora [10]. Dependiendo de la potencia de salida del DG, en combinación con las características de la red de distribución y los perfiles de carga., Pueden producirse sobretensiones o subtensiones de varios minutos de persistencia.. en ese caso, La introducción de DG podría combinarse con la gestión de carga y el almacenamiento..
4) BAJADA DE TENSION
4.1 Abrir una sucursal
Para investigar la interacción entre las tecnologías DG y diferentes características de carga., una capacidad total de GD de 30 % de la carga total del sistema se distribuye equitativamente en los nodos 108, 204 y 406. Se han realizado simulaciones para generadores inductivos y síncronos.. Una de las líneas 1-2 se abre en t = 100 s. Los generadores distribuidos están conectados en nodos. 108, 204 y 406 con una potencia nominal de 1 MW para generadores síncronos y de inducción.
Las caídas de voltaje son más altas con una característica de carga de potencia constante y más bajas con una característica de carga de impedancia para generadores síncronos y de inducción. (Figura C16.7 y Figura C16.8). Con los generadores síncronos, después de una breve caída de tensión, El voltaje se recupera cerca de su valor inicial.. Para generadores de inducción, El voltaje no se recupera debido a la falta de soporte de potencia reactiva.. No hay tanta diferencia entre una caída de voltaje en el caso base y con DG, estar cerca 1 %. Por lo tanto, la conexión de DG en el sistema de distribución no afecta significativamente la estabilidad dinámica del voltaje., y, en la mayoría de los casos, reduce el valor de la caída de tensión.
4.2 Puesta en marcha del generador
Para ver el problema de caída de voltaje cuando se inicia una unidad DG, un generador de inducción conectado en el nodo 108 con potencia nominal de 3 MW se prueba con un factor de potencia retrasado de
0.9. Esta simulación muestra cuán grande puede ser la influencia en un caso extremo en el que un cliente tiene una unidad de GD de inducción grande y no sigue un método de arranque correcto.. Cuando se pone en marcha el generador de inducción, provoca un transitorio y una caída de tensión de hasta 40 % en el sistema durante varios segundos (Figura C16.9). Se debe a un transitorio de irrupción de magnetización inicial y a una transferencia de energía para llevar el generador a su velocidad de funcionamiento. [12]. Esto genera un problema importante para cargas sensibles conectadas cerca de la unidad DG.. Si el sistema de distribución está equipado con un relé de subtensión y la unidad DG tiene protección de isla, La caída de tensión puede provocar un mal funcionamiento del relé de protección, lo que provocará un corte del sistema.. Se requiere un circuito de arranque suave para grandes DG de inducción conectados..
5 ESTABILIDAD DE TENSIÓN ESTÁTICA
Se estudia la estabilidad de tensión de sistemas de distribución para generadores síncronos y de inducción con tres puntos de conexión de unidades DG en nodos. 108, 2 y 406. Los resultados de estos tres casos de estudio se comparan entre sí y con el caso base sin ninguna conexión con la DG..
La carga total del sistema es 9.92 megavatio, 4.9 Mvar con una característica de carga puramente de impedancia. La capacidad instalada de las unidades DG en todos los casos es 3 megavatio. La estabilidad del voltaje en el nodo. 111, el final del alimentador 1, se estudia. Es el punto más alejado de la subestación y el punto más débil del alimentador en términos de estabilidad de voltaje.. Se observa en [17] que para el cálculo de voltaje y análisis de estabilidad de voltaje de un sistema radial, Se puede utilizar un modelo de carga de impedancia constante.. También se observa que la estabilidad de voltaje de la red tiene características similares con diferentes modelos de carga. (impedancia constante, cargas de corriente y potencia). Se ilustra el impacto en la estabilidad de voltaje de DG con cargas de impedancia constante..
A través de estudios, Se ha demostrado que DG generalmente aumenta el voltaje y apoya la estabilidad en el sistema. (Figura C16.10 y Figura C16.11). La ubicación de DG tiene un impacto importante en la estabilidad de voltaje del sistema.. Dependiendo de los puntos de conexión, las influencias de las unidades DG sobre la estabilidad del voltaje son diferentes. DG apoya firmemente la estabilidad del voltaje en los nodos cercanos (el caso con la unidad DG conectada al nodo 108) y tiene menos impacto en los lejanos (el caso con la unidad DG conectada al nodo 2 o 406), al mirar el nodo 111. Esto también es válido para las otras características de carga y otros nodos del sistema..
El generador síncrono tiene un gran impacto en la estabilidad del voltaje debido a su capacidad de intercambio de energía reactiva.. Por otra parte, La influencia de la DG basada en generadores de inducción sobre la estabilidad del voltaje es menor y tiene un beneficio limitado debido a la demanda de potencia reactiva.. Sin embargo, Tiene un impacto significativo cuando se conecta cerca del nodo. 111, considerada como un área más débil. Esto puede entenderse porque la potencia activa no se transfiere a una gran distancia desde la subestación., lo que resulta en una reducción de la caída de voltaje en el alimentador, apoyando así la estabilidad del voltaje. Esto permite que el sistema de distribución soporte condiciones de carga más altas y pospone la construcción o mejora de nuevas infraestructuras de transmisión y distribución..
BIBLIOGRAFÍA
[1] Ackerman T., Andersson G., oder, l., La generación distribuida: una definición. Investigación de sistemas de energía eléctrica, vuelo. 57, pp. 195–204, 2000.
[2] Arrillaga J., Watson N. R., Modelado informático de sistemas de energía eléctrica., John Willey & Sons, Ltd, Chichester, 2001.
[3] Barker P.. P., De Mello R. W., Determinación del impacto de la generación distribuida en los sistemas eléctricos.: Parte 1 – Sistemas de distribución radial. Reunión de verano de PES, IEEE, Vuelo. 3, pp. 1645–1656, 2000.
[4] Belmans R., Michels W., Vandenput A., Geysen W., Pares transitorios en generadores de inducción accionados por turbinas eólicas. Simposio sobre sistemas de energía eléctrica en países en rápido desarrollo, Arabia Saudita, pp. 563–567, 1987.
[5] Bola M. H. J. y Hager M., Calidad de la energía: integraciones entre recursos energéticos distribuidos, la grilla, y otros clientes. Revista Calidad y Utilización de Energía Eléctrica, vuelo. 1, no. 1, pp. 51–61, 2005.
[6] marrón r. E., Fiabilidad en la distribución de energía eléctrica, Marcel Dekker, Nueva York, 2002.
[7] Chen T.. h., Chen M.. S., Inoue T., Kotas P., Chebli E.. A., Modelos de cogeneradores y transformadores trifásicos para análisis de sistemas de distribución.. IEEE Transactions on Power Delivery, vuelo. 6, no. 4, pp. 1671–1681, 1991.
[8] Eurotag, documento de paquete, parte I, Tractebel & Electricidad de Francia, 2002.
[9] Grigsby L.. l., el manual de ingeniería de energía eléctrica, CRC Press & IEEE, Boca Raton, Florida, 2001.
[10] Haesen E., EspinozaM., Plüymers B., Goethals I., Vu Van T., Driesen J., Belmans R., DeMoor B., Ubicación y dimensionamiento óptimos de unidades generadoras distribuidas mediante algoritmos de optimización genética.. Diario de calidad y utilización de energía eléctrica, vuelo. xi, no. 1, pp. 97–104, 2005.
[11] IEEE P1547, Norma para la Interconexión de Recursos Distribuidos con Sistemas de Energía Eléctrica, 2003.
[12] Jenkins N., Alan R., Cruz P., cereza d., Štrbac G., Generación integrada, IEE, Londres, 2000.
[13] Jensen K.. K., Directrices sobre la conexión a la red de aerogeneradores. Conferencia Internacional CIRED sobre Ingeniería de Distribución de Energía Eléctrica, Francia, Junio 1999.
[14] Kundur P., Estabilidad y control del sistema de energía.; McGraw-Hill, Nueva York, 1994.
[15] Medición y evaluación de las características de calidad de potencia de aerogeneradores conectados a la red, Estándar IEC, CEI/CEI 61400-21, 2001.
[16] Pepermans G., Driesen J., Haeseldonckx D., Belmans R., D'Haeseleer W., La generación distribuida: definición, beneficios y problemas. Política energética, vuelo. 33, no. 6, pp. 787–798, 2005.
[17] Ranjan R.. y Venkatech B., Análisis de estabilidad de tensión de redes de distribución radial.. Componentes y sistemas de energía eléctrica, vuelo. 31, no. 5, pp. 501–511, 2003.
[18] Scott N.. C., Atkinson D.. J., Morrell J.. E., Uso del control de carga para regular la tensión en redes de distribución con generación embebida. Transacciones IEEE sobre sistemas de energía, vuelo. 17, no, 2, pp. 510–515, 2002.
[19] Requisitos técnicos para la conexión de sistemas de generación dispersa que funcionan en paralelo en la red de distribución., Documento C10/11 de la FPE/BFE, Bélgica, 7 Mayo 2002.
[20] La guía NRECA para IEEE 1547, Guía de aplicación para la interconexión de generación distribuida, 2006.
[21] Vu Van T., Impacto de la generación distribuida en la operación y control del sistema eléctrico. Tesis doctoral, Universidad Católica de Lovaina, 2006.
[22] Vu Van T., Belmans R., Descripción general de la generación distribuida: situación actual y desafíos. Revista Internacional de Ingeniería Eléctrica (FELICIDAD), vuelo. 1, no. 1, pp. 178–189, 2006.
[23] Vu Van T., Driesen J., Belmans R., Impactos de la generación integrada en la estabilidad del voltaje del sistema de distribución. Conferencia Universitaria de Ingeniería Energética, Salónica, Grecia, Septiembre 2003.
[24] Vu Van T., Driesen J., Belmans R., Interconexión de generadores distribuidos y sus influencias en el sistema eléctrico.. Revista Internacional de Energía, vuelo. 6, no. 1, parte 3, pp. 127–140, 2005.
[25] Vu Van T., Driesen J., Belmans R., Calidad de energía y estabilidad de voltaje del sistema de distribución con recursos energéticos distribuidos.. Revista internacional de recursos energéticos distribuidos, vuelo. 1, no. 3, pp. 227–240, 2005.
[26] Woyte A., Cuestiones de diseño de sistemas fotovoltaicos y su integración en la red.. Tesis doctoral, Universidad Católica de Lovaina, 2003.
[27] Woyte A., Vu Van T., Belmans R., Nijs J., Fluctuaciones de tensión en el nivel de distribución introducidas por los sistemas fotovoltaicos.. Transacciones IEEE sobre conversión de energía, vuelo. 21, no. 1, pp. 202-209, 2006.