Estabilidad de frecuencia de un sistema interconectado con alta penetración de generación renovable

Abstract

Este proyecto trata de analizar como se comporta la red eléctrica ante el problema que surge con el aumento del porcentaje de utilización de las fuentes de energía renovables. El problema es que este tipo de fuentes afectan significativamente a la inercia del sistema ya que son generadores no síncronos y existe cierta incertidumbre en torno a cómo responderían ante perturbaciones que desajustarían el equilibrio entre la generación y la carga. Todo esto puede afectar a la estabilidad de la frecuencia de los sitemas, la cual tiene un papel crucial en el correcto funcionamiento de la red eléctrica. El objetivo es la creación de un modelo simplificado que simule el comportamiento del sistema pero teniendo en cuenta las características espacio-temporales de la red. Esto es, crear un modelo en el entorno de Matlab y Simulink con más detalle que los modelos simplificados que no tienen en cuenta los datos de la red existentes actualmente, los cuales proporcionan valores promedio de la respuesta del sistema ante una perturbación, pero que a su vez tenga menor cantidad de cómputo respecto a los modelos detallados que se utilizan en PSS/E y permitan conocer con más detalle como se comportan cada uno de los componentes de la red. En la Sección II de este proyecto se puede ver que el modelo esta basado en dos subsistemas, uno que representa a los grupos generadores y un segundo que representa a la red. El primero está basado en la ecuación de oscilación de la maquina síncrona, la cual describe el comportamiento de los distintos grupos generadores que forman el sistema. En cuanto al subsitema formado por el modelo de red, esta basado en el flujo de cargas DC y se encarga de actualizar los valores de las potencias, los cuales entran en el modelo del generador, a partir de los valores que recibe de la frecuencia de dicho subsitema. La Sección III muestra los resultados obtenidos con las simulaciones. En ellos se puede ver cómo el modelo creado obtiene resutados idénticos a los obtenidos con los modelos simplificados y el detallado, y además, se analiza como afectan los valores de los distintos parámetros al sistema, por ejemplo, inercia o constante de tiempo. Finalmente, en la Sección IV, se muestran las conclusiones, en las cuales se comprueba la validez del modelo creado en el proyecto, ya que tiene poca cantidad de cómputo, como los modelos simplificados, pero a su vez permite obtener mucha más información de la respuesta de las diferentes partes del sistema.

This project tries to analyze how the electrical grid behaves when faced with the problem that arises with the increase in the percentage of use of renewable energy sources. The problem is that this type of sources significantly affect the inertia of the system as they are non-synchronous generators and there is some uncertainty about how they would respond to disturbances that would disrupt the balance between generation and load. This can affect the stability of the frequency of the systems, which has a crucial role in the correct operation of the electrical network. The objective is the creation of a simplified model that simulates the behavior of the system but taking into account the space-time characteristics of the network. That is, to create a model in the environment of Matlab and Simulink in more detail than simplified models, that do not take into account the existing network data and which provide average values ​​of the response of the system to a disturbance. This model will also have a lower amount of computation compared to the detailed models used in PSS / E, while allowing to know in more detail the behaviour of each component of the network. In Section II of this project it can be seen that the model is based on two subsystems, one that represents the generating groups and a second one that represents the network. The first subsystem is based on the oscillation equation of the synchronous machine, which describes the behavior of the different generating groups that make up the system. As for the subsystem formed by the network model, it is based on the flow of DC loads and it is responsible for updating the values ​​of the power outputs received from the frequency of the first subsystems, and sending them back to it. Section III shows the results obtained with the simulations. In them it can be seen how the created model obtains identical results to those obtained with the simplified and detailed models, and also analyzes how the values ​​of the different parameters affect the system, for example, the inertia or the time constant. Finally, in Section IV, the conclusions are shown, in which the validity of the model created in the project is verified, since it has a small amount of computation, like the simplified models, but at the same time it allows to obtain much more information about the response of the different parts of the system.