experiencia en participación de centrales eólicas en esquemas de

Experiencia en participación de centrales eólicas en esquemas de respuesta a eventos de frecuencia

14 Diciembre 2011 – TECHWINDGRID 2011 – Madrid - España

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

Introducción

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

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

Ejemplos –participación en

regulación de frecuencia

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

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

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

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

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

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

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

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]

Caso práctico –Sistema insular

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?

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

Conclusiones

19

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

Copyright NoticeThe documents are created by Vestas Wind Systems A/S and contain copyrighted material, trademarks, and other proprietary information. All rights reserved. No part of the documents may be reproduced or copied in any form or by any

means - such as graphic, electronic, or mechanical, including photocopying, taping, or information storage and retrieval systems without the prior written permission of Vestas Wind Systems A/S. The use of these documents by you, or

anyone else authorized by you, is prohibited unless specifically permitted by Vestas Wind Systems A/S. You may not alter or remove any trademark, copyright or other notice from the documents. The documents are provided “as is” and

Vestas Wind Systems A/S shall not have any responsibility or liability whatsoever for the results of use of the documents by you.

Ignacio León AlonsoPower System Engineer

Power Plant Engineering, Technology

Vestas MediterraneanT +34 913 628 200

M +34 686 651 293

alile@vestas.com

http://www.vestas.com

Gracias por su atención