Coordinación operativa de recursos renovables en un sistema de energía eléctrica para preservar el perfil de voltaje
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Resumen
Debido al crecimiento constante de la demanda eléctrica de la población mundial en todas sus instancias, pequeños y grandes consumidores, se requieren procesos de transición energética que posibiliten a mediano y largo plazo la confiabilidad del suministro de energía y la estabilidad técnica del mismo. Esta transición está en curso en la mayoría de las naciones teniendo en cuenta que los análisis ambientales, sociales y económicos cada vez más sustentan que mediante la generación de energía convencional no se lograría el objetivo antes mencionado: sistemas eléctricos confiables, diversificados, con un mejor uso de los recursos naturales y por supuesto, más competitivos e incluyentes.
De este modo, surgieron las fuentes no convencionales de energía, estudiadas, fomentadas y ejecutadas para impulsar la consolidación de matrices energéticas más afines con el cuidado del medio ambiente y que permitan tener principalmente, un mejor control de los recursos con los que se atenderá la demanda eléctrica hoy y en el futuro. Estas fuentes de generación de energía, como la solar fotovoltaica generando mediante la radiación solar y la eólica mediante el viento, al ser incluidos en los sistemas eléctricos convencionales imponen retos técnicos enmarcados en la estabilidad eléctrica, y esto es producto de su generación variable, dependiente de la disponibilidad de un recurso natural no transable. (Texto tomado de la fuente)
En esta investigación se realiza el planteamiento de un proceso metodológico que establece lineamientos técnicos para una adecuada coordinación entre distintos recursos renovables que se interconecten en un sistema de energía, con el objetivo de preservar la estabilidad de voltaje. En primera instancia, se identifica normatividad internacional y local en cuanto a la penetración de energía renovable en los sistemas eléctricos, posteriormente se propone el procedimiento metodológico que cobija estos aspectos normativos y otros estudios y análisis que le posibilitan a los generadores renovables y a los operadores de red no permanecer en un enfoque único de cumplimiento normativo, y así pasar a considerar otros hitos metodológicos que propendan de manera anticipada a una coordinación operativa entre recursos renovables y así ampliar la posibilidad de que los sistemas eléctricos preserven el perfil el voltaje ante grandes perturbaciones.
La principal conclusión de este estudio es que la coordinación operativa entre recursos renovables mejora significativamente la respuesta dinámica reactiva del recurso coordinado ante perturbaciones críticas, sin comprometer los límites normativos de tensión del sistema. Al aplicar el procedimiento metodológico propuesto sobre el sistema IEEE 39 barras, se evidenció una reducción de aproximadamente 49% en el pico de sobrecompensación reactiva del generador coordinado y de 31% en la potencia y corriente reactiva residual tras el evento crítico, frente al escenario de cumplimiento normativo individual sin coordinación. Adicionalmente, se comprobó que la coordinación no introduce efectos adversos sobre los recursos renovables no coordinados del sistema, cuya respuesta varió en menos de 1.2% entre escenarios, validando el carácter localizado de la estrategia propuesta.
La normatividad y los análisis de estabilidad del sistema eléctrico bajo el procedimiento propuesto se simularon mediante el software DIgSILENT PowerFactory, en el sistema IEEE39.
Abstract
Due to the continuous growth in global electricity demand across all sectors, ranging from small to large consumers, energy transition processes are required to ensure the medium- and long-term reliability of power supply and the technical stability of electrical systems. This transition is currently underway in most nations, as environmental, social, and economic analyses increasingly confirm that conventional power generation alone cannot achieve the aforementioned objective: reliable, diversified power systems that make better use of natural resources and are, of course, more competitive and inclusive.
In this context, non-conventional renewable energy sources emerged, having been studied, promoted, and implemented to drive the consolidation of energy matrices more aligned with environmental stewardship and, above all, to enable better control over the resources used to meet electricity demand today and in the future. These generation sources, such as solar photovoltaic, which generates electricity from solar radiation, and wind power, which relies on wind, impose technical challenges related to electrical stability when integrated into conventional power systems, as a result of their variable generation, which depends on the availability of a non-dispatchable natural resource.
This research puts forward a methodological process that establishes technical guidelines for adequate coordination among different renewable resources interconnected within a power system, with the objective of preserving voltage stability. First, international and local regulations concerning renewable energy penetration in power systems are identified; subsequently, a methodological procedure is proposed that encompasses these regulatory aspects along with other studies and analyses, enabling renewable generators and system operators to move beyond a sole regulatory-compliance approach and instead adopt additional methodological milestones that proactively foster operational coordination among renewable resources, thereby increasing the ability of power systems to preserve the voltage profile in the face of major disturbances.
The main finding of this study is that operational coordination among renewable resources significantly improves the reactive dynamic response of the coordinated resource under critical disturbances, without compromising the system's voltage limits. Applying the proposed methodology to the IEEE 39-bus system, coordination reduced the peak reactive overcompensation of the coordinated generator by approximately 49%, and the residual reactive power and current following the critical event by 31%, compared to the individual regulatory-compliance scenario without coordination. Furthermore, coordination was shown not to introduce adverse effects on the non-coordinated renewable resources of the system, whose response varied by less than 1.2% between scenarios, validating the localized nature of the proposed strategy.
The regulatory framework and the power system stability analyses under the proposed procedure were simulated using DIgSILENT PowerFactory software on the IEEE 39-bus test system.
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