Estudio para la integración en la red eléctrica de dos plantas fotovoltaicas de 110 y 50MW nominales respectivamente en la provincia de Teruel a través de una subestación eléctrica de REE en 220kV

Abstract

Este proyecto aborda el diseño, dimensionamiento y coordinación de los sistemas de protección eléctrica de la SET Navallo, la línea de AT Navallo-Valdeconejos y la ampliación de la SET Valdeconejos con tres condensadores síncronos. La instalación se encuentra en el marco de la Red de Transporte del Sistema Eléctrico Peninsular Español. El diseño de dichas protecciones debe cumplir los requisitos establecidos en los Criterios Generales de Protección del Sistema Eléctrico Español (CGP-SEE, revisión mayo 2024), el Real Decreto 337/2014, las instrucciones Técnicas complementarias ITC-RAT y las normas técnicas internacionales de referencia IEEE y IEC. El sistema estudiado está dividido en tres elementos principales. El primero es el transformador de la SET Navallo de 168MVA, relación de transformación 220/30kV y grupo de conexión Dyn11. Dicha posición requiere según el CGP-SEE un nivel de protección 2SP. Este transformador conecta los parques fotovoltaicos de Navallo I y II a la Red de Transporte. El segundo elemento a estudiar es la línea aérea de AT de Transporte que une la SET Navallo con la SET Valdeconejos, para la que se ha diseñado un esquema de protección de nivel 2SP/1C. El tercer elemento es la ampliación de la SET Valdeconejos donde se instalan dos transformadores tribobinados en paralelo; T-1 de 100MVA con relación de transformación 220/30/15kV y T-2, de 200/100/100MVA y 220/15/15kV que alimentan tres condensadores síncronos en las barras de 15kV y los sistemas auxiliares de estos en barras de 30kV. Todo el dimensionamiento de estos elementos parte de un estudio previo realizado mediante un estudio de cortocircuito realizado con PSS®E según la norma IEC 60909, con factor de tensión C=1,10 para la obtención de corrientes de falla máximas. Los resultados de dicha simulación permiten verificar el dimensionamiento de los transformadores de medida y calcular los umbrales de disparo de cada elemento de protección. Para la simulación de cortocircuito se ha modelado un sistema de once nudos en PSS®E XPLORE 36. Dicho sistema incluye las SET de Navallo y Valdeconejos, la generación externa que llega a Valdeconejos y un nudo cuya función es simular la Red Eléctrica Española. La selección de equipos comerciales sigue un criterio de diversidad de fabricantes entre las dos cadenas de protección. Se ha asignado a la cadena A la familia de protección SIPROTEC 5 de Siemens y la familia RELION 670 de Hitachi Energy a la cadena B. Esta decisión viene de la necesidad de mitigación de fallo de modo común y mayor resiliencia ante problemas con el firmware. Esta decisión está alineada con las exigencias de ciberseguridad derivadas de los incidentes en infraestructura crítica registrados en 2025. Para los transformadores de intensidad se selecciona el modelo Arteche CA-245, CA-36 o CA-17.5 dependiendo si la tensión nominal es 220kV,30kV o 17.5kV. Para los interruptores automáticos de 220kV el modelo 3AP1 FI de Siemens Energy y para la aparenta auxiliar del transformador los productos MESSKO de MR Reinhausen. Dichos aparatos permiten la detección de fallas en la red bajo cualquier tipo de falla o estado de la red. Adicionalmente, este realiza un estudio sobre la necesidad y la idoneidad de los condensadores síncronos instalados en Valdeconejos. Se analiza su aportación a la estabilidad de la red tanto en situación de funcionamiento normal como su aportación a fallas del sistema. Se estima si el sistema elegido es el correcto ante la situación de la Red Eléctrica Española en la actualidad y su evolución ante los posibles cambios. Se valorarán posibles alternativas como: SVC, el STATCOM y los sistemas de almacenamiento con control de frecuencia (BESS-FFR) en caso de que se determine la no idoneidad de los compensadores síncronos. Por último, se desarrolla un estudio económico del conjunto de todos los sistemas de protección elegidos, desglosando la inversión por elemento, un análisis de alternativas de coste y una valoración básica del retorno de la inversión ante un fallo no despejado adecuadamente.

This project addresses the design, sizing and coordination of the electrical protection systems for the Navallo substation (SET Navallo), the high-voltage transmission line Navallo Valdeconejos, and the expansion of the Valdeconejos substation (SET Valdeconejos) with three synchronous condensers. The installation falls within the framework of the Spanish Peninsular Electrical Transmission Grid. The design of said protections must comply with the requirements set forth in the General Protection Criteria for the Spanish Electrical System (CGP-SEE, May 2024 revision), Royal Decree 337/2014, the complementary technical instructions ITC-RAT, and the applicable international technical standards from IEEE and IEC. The system under study is divided into three main elements. The first is the transformer at SET Navallo, rated at 168MVA, with a transformation ratio of 220/30kV and connection group Dyn11. This position requires, according to the CGP-SEE, a protection level of 2SP. This transformer connects the Navallo I and II photovoltaic plants to the Transmission Grid. The second element is the overhead high-voltage transmission line connecting SET Navallo to SET Valdeconejos, for which a protection scheme of level 2SP/1C has been designed. The third element is the expansion of SET Valdeconejos, where two three-winding transformers are installed in parallel: T-1, rated at 100MVA with a transformation ratio of 220/30/15kV, and T 2, rated at 200/100/100MVA with a ratio of 220/15/15kV, both feeding three synchronous condensers connected to the 15kV busbars and their auxiliary systems on the 30kV busbars. The sizing of all these elements is based on a prior short-circuit study carried out using PSS®E in accordance with IEC standard 60909, with a voltage factor of C = 1.10 for obtaining maximum fault currents. The results of this simulation allow for the verification of the instrument transformer sizing and the calculation of the trip thresholds for each protection element. For the short-circuit simulation, an eleven-bus system was modeled in PSS®E XPLORE 36. This system includes the SET Navallo and SET Valdeconejos substations, the external generation feeding into Valdeconejos, and a bus whose function is to simulate the Spanish National Grid. The selection of commercial equipment follows a criterion of manufacturer diversity between the two protection chains. Chain A has been assigned the SIPROTEC 5 protection family from Siemens, while Chain B has been assigned the RELION 670 family from Hitachi Energy. This decision stems from the need to mitigate common-mode failures and to enhance resilience against firmware-related issues. It is also aligned with the cybersecurity requirements arising from the critical infrastructure incidents recorded in 2025. For the current transformers, the Arteche CA-245, CA-36, or CA-17.5 model is selected depending on whether the nominal voltage is 220kV, 30kV, or 17.5kV; for the 220kV automatic circuit breakers, the Siemens Energy 3AP1 FI model; and for the transformer's auxiliary apparatus, the MESSKO products from MR Reinhausen. These devices enable the detection of grid faults under any type of fault or grid condition. Additionally, this project conducts a study on the necessity and suitability of the synchronous condensers installed at Valdeconejos. Their contribution to grid stability is analyzed both under normal operating conditions and during system fault events. An assessment is made as to whether the chosen solution is appropriate given the current state of the Spanish Electrical Grid and its expected evolution in response to foreseeable changes. Possible alternatives such as the SVC, the STATCOM, and battery energy storage systems with frequency control (BESS-FFR) will be evaluated in the event that the synchronous condensers are found to be unsuitable. Finally, an economic study is developed covering the complete set of selected protection systems, breaking down the investment by element, analyzing cost alternatives, and providing a basic assessment of the return on investment in the event of a fault that is not properly cleared.