Método de optimización de regulación de frecuencia por sistemas de almacenamiento de energía ESS en una red de distribución con energías renovables
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Resumen
En redes de distribución con alta penetración fotovoltaica, los desbalances rápidos de potencia y la menor inercia efectiva provocan nadir profundos y activación de UFLS; entre las soluciones más efectivas para solventar estos problemas de frecuencia están los sistemas de almacenamiento con baterías (BESS), capaces de inyectar y absorber potencia activa en milisegundos y sostener la frecuencia dentro de bandas normativas. Este trabajo formula y valida una metodología de simulación–optimización para dimensionar y ubicar un BESS con control P–f (droop, deadband y constante de tiempo Tr) orientada a sostener el nadir conforme a PRC-006-2 e IEEE 1547-2018, minimizando simultáneamente el costo anualizado. Se hacen simulaciones RMS en tres circuitos de distribución representativos en Tocancipá, Nemocón y Susa en DIgSILENT PowerFactory 2021, integrando perfiles horarios de demanda y eventos fotovoltaicos de un segundo con reducciones del 50% para emular condiciones adversas de irradiancia. La intervención consiste en insertar un BESS parametrizado por potencia y ubicación, y sintonizar droop, deadband y Tr; la selección de configuraciones se realiza mediante una optimización multiobjetivo (NSGA-II) que construye el frente costo–nadir bajo un filtro operativo que exige nadir ≥ 59,3 Hz. Las mediciones incluyen nadir de frecuencia, activación de UFLS, cumplimiento de la banda continua 58,8–61,2 Hz e indicador de costo anual equivalente (CAE). Los resultados sin BESS muestran nadir de 57,6–58,3 Hz en escenarios medios y < 56,5 Hz en severos, anticipando UFLS y desconexión de DER. Con el BESS optimizado, los tres circuitos sostienen nadir ≥ 59,3 Hz y evitan UFLS. La metodología es reproducible y transferible, habilitando decisiones costo-efectivas que fortalecen la resiliencia ante variabilidad fotovoltaica. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
In distribution networks with high photovoltaic penetration, rapid power imbalances and
lower effective inertia cause deep frequency nadirs and trigger UFLS. Among the most
effective solutions to address these frequency issues are battery energy storage systems
(BESS), which can inject and absorb active power within milliseconds and keep frequency
within regulatory bands. This work formulates and validates a simulation–optimization
methodology to size and site a BESS with P–f control (droop, deadband, and time constant
Tr) aimed at maintaining the nadir in accordance with PRC-006-2 and IEEE 1547-2018,
while simultaneously minimizing the annualized cost. RMS simulations are performed in
three representative distribution feeders in Tocancipá, Nemocón, and Susa using
DIgSILENT PowerFactory 2021, integrating hourly demand profiles and one-second
photovoltaic events with 50% reductions to emulate adverse irradiance conditions. The
intervention consists of inserting a BESS parameterized by power rating and location, and
tuning droop, deadband, and Tr; configuration selection is carried out via a multi-objective
optimization (NSGA-II) that builds the cost–nadir front under an operational filter requiring
a nadir ≥ 59.3 Hz. Measurements include frequency nadir, UFLS activation, compliance
with the continuous band 58.8–61.2 Hz, and the equivalent annual cost (EAC) indicator.
Results without a BESS show nadirs of 57.6–58.3 Hz under moderate scenarios and < 56.5
Hz under severe ones, anticipating UFLS and DER disconnection. With the optimized
BESS, all three feeders sustain nadirs ≥ 59.3 Hz and avoid UFLS. The methodology is
reproducible and transferable, enabling cost-effective decisions that strengthen resilience
to photovoltaic variability.
Descripción
ilustraciones a color, diagramas