Frequency support by variable speed wind turbines in the power system of Gran Canaria

Abstract

This project analyses the power system of Gran Canaria, an isolated power system which is heavily dominated by fossil fuel technologies. Still, the island has the highest amount of installed wind power of its archipelago. Given the fact that wind does not participate in frequency regulation, the effect of implementing inertia support in variable wind speed turbines will be studied in order to allow their participation in primary regulation increasing temporarily their power output. Firstly, the information of the main generation groups of the island and their participation in frequency regulation has been obtained. With this data, the models of these generation units have been built in Simulink. Once the system was complete, the scenario for the simulation has been chosen at a moment of low load in the system with high wind power penetration. The information of the generation mixes has been obtained from the Spanish TSO. For the purpose of evaluating the effect of inertia support under severe conditions, the disturbance chosen was the loss of a large generation unit of 70 MW. The results that have been obtained show that the inertia support techniques that were implemented, not only maintain the frequency stability of the system, but they are also capable of improving the temporary minimum frequency that the system reaches in the initial moments after the power imbalance. However, some other aspects such as the time to reach steady state after the disturbance worsen. It is therefore necessary to adjust the level of support of the turbines to adjust in the best possible way to the characteristics of each scenario. Finally, additional simulations have been made in future case scenarios that will allow to grasp an idea on the effect of the frequency support by wind turbines in the near future, in which wind power is meant to increase. The results obtained are still favorable, and show the effect of increasing the proportion of wind power in the system on the response given by the turbines and the frequency evolution.

En este proyecto se analiza el sistema eléctrico de la isla de Gran Canaria, un sistema aislado fuertemente dominado por tecnologías con combustibles fósiles. Aun así, la isla cuenta con la mayor cantidad de capacidad eólica instalada del archipiélago canario. Dado que esta tecnología no participa en la regulación de frecuencia, se estudiará el efecto de implementar técnicas de soporte de inercia en las turbinas eólicas de velocidad variable que permitan su participación en la regulación primaria a subir. Primero se han obtenido los datos fundamentales de las principales tecnologías de generación y cómo participan en la regulación primaria. Para modelar el sistema se ha utilizado el software Simulink y se han construido los modelos de estos grupos. Con el sistema completo, se ha elegido como escenario el momento de valle de un día con alta penetración eólica, para estudiar el impacto de los soportes de inercia a mayor escala. Como perturbación la pérdida de un grupo generador de 70 MW, que supone un 25% del nivel de carga del sistema. Los resultados y las conclusiones que se han obtenido muestran que las técnicas de soporte de inercia que se ha implementado al control de las turbinas eólicas de velocidad variable, no sólo garantizan la estabilidad del sistema, sino que son capaces de mejorar aspectos la frecuencia mínima que se alcanza en los momentos iniciales al mismatch de potencia. Sin embargo, también se empeoran otros aspectos como la rapidez con la que se alcanza de nuevo el régimen permanente, y es necesario ajustar la cantidad de soporte que entrega la turbina para adaptarse de la mejor manera a cada escenario. Además, se han realizado simulaciones que permitan obtener una idea del alcance del soporte de inercia en distintos escenarios futuros. Para diseñar estos casos, se ha tenido en cuenta la evolución de la tecnología eólica, que ha de aumentar en el futuro próximo. Los resultados obtenidos en estos escenarios siguen siendo favorables, y permiten ver la influencia de incrementar el porcentaje de penetración eólica en la generación sobre la respuesta de las turbinas y la respuesta que dan.