Estabilidad de pequeña señal en sistemas de energía eléctrica con alta penetración de generación renovable

Abstract

One of the main uncertainties facing the incorporation of non-conventional renewable energies is the identification of both positive and negative impacts these can have on an electrical power system. Furthermore, dynamics of electrical power systems can be very different according to the elements that compose it, the impacts in the electric system can vary one from another which makes it necessary to analyze each case individually without a generalized conclusion.

In this work, some methodologies of small signal stability analysis, such as modal analysis and modal identification, have been considered in two studied cases at DIgSILENT Power Factory. In the first theoretical study case, local and inter-area oscillation modes can be found. In the second study case, the analysis of the impacts of non-conventional renewable energy generation at different percentage penetration is carried out, obtaining as a result a limit of renewable energy generation incorporated in the system preventing instability or serious problems developing. For the analysis, a modal energy indicator is proposed with which it is identified that, as there is a higher percentage of incorporation of non-conventional renewable energy, the indicator decreases, alerting the proximity of the electrical power system to an area of instability. This indicator could be adapted to use it in real time and to be able to detect when an electrical power system is close to an unstable condition.

Una de las principales incertidumbres que se tiene frente a la incorporación de energías renovables no convencionales es la identificación del impacto tanto positivo como negativo que se pueden tener en un sistema eléctrico de potencia. Además, debido a que las dinámicas de los sistemas de energía eléctrica pueden ser muy distintas dependiendo de los elementos que lo compongan, los impactos difieren de un sistema a otro, lo cual hace necesario analizar cada caso por separado sin sacar conclusiones generalizadas.

En este trabajo, se consideran algunas metodologías para el análisis de estabilidad de pequeña señal, como lo es el análisis y la identificación modal, y se aplican en dos casos de estudio implementados en DIgSILENT Power Factory. En el primer caso de estudio teórico se pueden encontrar modos de oscilación local e inter-área. En el segundo caso de estudio se hace el análisis de los impactos de la generación renovable no convencional ante diferentes porcentajes de incorporación de esta, obteniendo como resultado un límite de incorporación de generación renovable en el sistema antes de que se presenten problemas de inestabilidad. Para el análisis se propone un indicador de energía modal con el cual se identifica que, a medida que se tiene un mayor porcentaje de incorporación de energía renovable no convencional, el indicador disminuye, alertando la proximidad del sistema de energía eléctrica a una zona de inestabilidad. Este indicador podría ser adaptado para utilizarlo en tiempo real y poder detectar cuándo un sistema de energía eléctrica está cercano de una condición de inestabilidad.