Metodología para la estimación del deslastre de carga considerando la inercia mecánica del sistema de potencia

Abstract

En años recientes, la integración de fuentes de energía renovable basada en inversores como solar, eólica y algunos tipos especiales de baterías ha ido creciendo rápidamente en la red eléctrica. Se espera que para el año 2045 la generación renovable basada en inversores alcance un 50%. Lo que hace que este tipo de generación juegue un papel fundamental en los sistemas de potencia.

Las implicaciones de la incursión de tecnologías de generación basada en inversores y su impacto sobre la respuesta en frecuencia del sistema es un campo de estudio en auge. Se han desarrollado estudios, algoritmos y dispositivos que permiten mejorar la confiabilidad de la operación, que se puede ver afectada por la variabilidad inherente de los recursos asociados.

En los sistemas actuales, con un crecimiento continuo de generación renovable, un reto importante para garantizar la operación segura tiene que ver con la disminución de la inercia mecánica; la cual se ve afectada por el poco o nulo aporte que ofrecen las fuentes basadas en inversores a la respuesta de la frecuencia cuando ocurre un desbalance entre la carga y la generación. Debido a esto, la frecuencia presenta un comportamiento más variable que en los sistemas de potencia tradicionales basados en generación síncrona.

Igualmente, al ser la frecuencia más variable en sistemas con alta incorporación de energía renovable, ocasiona que la estimación del valor de potencia a deslastrar no sea directamente proporcional al cambio en la frecuencia. Por consiguiente, los esquemas convencionales que calculan el deslastre de carga, que en su mayoría son esquemas con cálculo proporcional a la variación de frecuencia, pueden presentar una actuación no adecuada, y posteriormente, ocasionar inestabilidades de frecuencia e incluso problemas de seguridad en el sistema eléctrico.

Por lo tanto, en este trabajo se pretende desarrollar una metodología que permita estimar el deslastre de carga dependiendo de la inercia mecánica del sistema de potencia.

El trabajo se divide de la siguiente forma. La primera parte se centra en una revisión del estado del arte de métodos para la estimación de la inercia. Se presentan algunas metodologías que permiten la estimación de la inercia en línea y de manera pos-operativa. En la segunda parte se desarrolla una metodología para la estimación del deslastre de carga, basado en una optimización entera lineal. Finalmente, se muestran los resultados de la metodología propuesta en un sistema de pruebas IEEE 30 Buses en una plataforma de simulación desarrollada desde cero en el lenguaje de programación python. (Texto tomado de la fuente)

In recent years, the integration of renewable energy sources based on inverters, such as solar, wind, and some special types of batteries, has been rapidly growing in the electrical grid. By 2045, renewable generation based on inverters is expected to reach 50\%. This makes this type of generation play a fundamental role in power systems.

The implications of the incorporation of inverter-based generation technologies and their impact on the system's frequency response is a field of study on the rise. Studies, algorithms, and devices have been developed to improve operational reliability, which can be affected by the inherent variability of associated resources.

In current systems, with the continuous growth of renewable generation, an important challenge for ensuring safe operation is related to the decrease in mechanical inertia, which is affected by the little or no contribution that inverter-based sources offer to frequency response when an imbalance between load and generation occurs. As a result, the frequency shows a more variable behavior compared to traditional power systems based on synchronous generation.

Likewise, since frequency is more variable in systems with high integration of renewable energy, the estimation of power to be shed is not directly proportional to the change in frequency. Consequently, conventional schemes that calculate load shedding, which are mostly proportional to frequency variation, may present inadequate performance, potentially causing frequency instabilities and even safety problems in the electrical system.

Therefore, this work aims to develop a methodology that allows the estimation of load shedding based on the mechanical inertia of the power system.

The work is divided as follows. The first part focuses on a review of the state-of-the-art methods for estimating inertia. Some methodologies that allow the estimation of inertia in real time and postoperatively are presented. In the second part, a methodology is developed for estimating load shedding is developed, based on an integer linear optimization. Finally, the results of the proposed methodology are shown in a test system, IEEE 30 buses, on a platform.