Desarrollo tecnológico
Análisis del Comportamiento Dinámico de los Sistemas Eléctricos de Potencia
El propósito de un Sistema Eléctrico de Potencia (SEP)
es suministrar la potencia requerida por los usuarios en
el "instante" que la demandan, con niveles de voltaje y
frecuencia aceptable de manera confiable y económica. En
su operación diaria, el SEP se encuentra expuesto a una
gran cantidad de disturbios de naturaleza diversa, como lo
son las variaciones normales de la carga a lo largo del día y
eventuales fallas eléctricas en las redes de transmisión y/o
distribución. Eventos como los anteriormente mencionados
pueden llegar a comprometer la condición de operación
estable del SEP y afectar de manera negativa la calidad del
servicio proporcionado a los usuarios.
La tendencia actual a nivel mundial es incorporar cada vez
más fuentes de energías renovables (eólica y fotovoltaica) y
reemplazar fuentes de energía convencional (generadores
síncronos) por centrales eólicas y fotovoltaicas, esto está
provocando una reducción en la robustez/estabilidad
de los sistemas eléctricos de potencia, tornándolos más
vulnerables ante los diferentes tipos de disturbios a los
que se encuentran expuestos durante su operación. Una
alternativa para mitigar el fenómeno de intermitencia
asociado con la naturaleza de la energía eólica y fotovoltaica,
así como para reducir la vulnerabilidad del sistema
provocada por estas tecnologías, es la incorporación de
sistemas de almacenamiento de energía (SAEs) en los SEP.
Con el propósito de determinar las acciones necesarias
para satisfacer un suministro eléctrico confiable y continuo,
y conocer el comportamiento de los SAEs incorporados en
el SEP, el análisis dinámico del SEP ante la ocurrencia de
los diversos tipos de disturbios, que usualmente ocurren
durante su operación, resulta de fundamental importancia
para poder determinar si el sistema será capaz de
permanecer estable en la condición de post-disturbio, y
en caso contrario, poder inferir las acciones que deberán
ser implementadas, para reducir el riesgo de experimentar
un colapso parcial o total del sistema en la condición de
post-disturbio.
La estabilidad de un SEP puede ser definida como la
habilidad del sistema para que, a partir de una condición
inicial de operación dada, pueda alcanzar un nuevo estado
de equilibrio después de haber experimentado un disturbio,
manteniendo la mayoría de sus variables acotadas de
manera tal que el sistema en su conjunto prácticamente
permanezca intacto.
Los estudios de estabilidad (transitorios electromecánicos)
permiten determinar la respuesta del sistema ante la
ocurrencia de algún disturbio severo (como: corto circuito,
pérdida de enlaces importantes, pérdida de grandes
volúmenes de generación o carga, o bien, ante variaciones
normales de carga o pérdida de bloques pequeños de
generación) en el SEP.
En los SEP actuales, con una participación importante de
fuentes de generación eólica y fotovoltaica, uno de los
comportamientos que demanda especial atención es el
asociado con la frecuencia del sistema ante la ocurrencia
de alguna perturbación, debido a la pérdida de robustez
del SEP desde el punto de vista de la inercia del mismo. Los
estudios de estabilidad permiten evaluar el comportamiento
de esta importante variable del SEP, así como la influencia
que los SAEs tienen sobre la misma ante la ocurrencia
de disturbios que agudizan la reducción de la inercia del
SEP, como lo es la pérdida de generación convencional
(generadores síncronos). La siguiente Figura 1 muestra el
comportamiento de la frecuencia de un SEP ante la pérdida de generación convencional, cuando no existe generación eólica
o fotovoltaica, cuando se desplaza generación convencional por generación no convencional (eólica y fotovoltaica) y cuando
se considera la incorporación de almacenamiento de energía, basado en baterías, para mitigar el efecto en la frecuencia del
SEP de una pérdida de generación convencional. Se observa como el despliegue de fuentes de almacenamiento mejora el
desempeño de la frecuencia ante disturbios y puede evitar la desconexión de carga ante desviaciones de frecuencia.
Figura 1. Generación no convencional y convencional.
Figura 2. Comportamiento de la frecuencia ante pérdida de generación.
En la Gerencia de Análisis de Redes (GAR) del Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias (INEEL) se cuenta con personal capacitado en el área de transitorios electromecánicos y se han realizado estudios del comportamiento dinámico de sistemas eléctricos de potencia, desde hace más de 30 años, para el Sistema Eléctrico Nacional (Mexicano), Sistema Interconectado de México con Centroamérica y diversas instalaciones de PEMEX que cuentan con generación propia y que operan de manera interconectada a la red de transmisión, o bien, en forma aislada de la red de transmisión.
Autor:
Jorge Guillermo Calderón Guizar jgcg@ineel.mx