Impacto de la disminución de inercia en la estabilidad de frecuencia en sistemas eléctricos de potencia

Abstract

Los sistemas eléctricos de potencia históricamente se han caracterizado por contar con generadores con masas rodantes, como lo son los generadores hidráulicos o los generadores térmicos, estos últimos tienen como fuente de energía primaria el carbón, gas natural, petróleo, entre otros. En un esfuerzo por prescindir del uso de combustibles fósiles como una estrategia para mitigar el cambio climático, a lo largo del mundo se viene presentando un aumento en la integración de generación a partir de fuentes de energía renovables no convencionales en los sistemas eléctricos de potencia, entre las fuentes de energía renovables no convencionales se encuentran la generación eólica y la generación solar fotovoltaica. Una de las principales diferencias entre la generación convencional y la generación a partir de fuentes de energía no convencionales, es que esta última no se acopla al sistema eléctrico a través de generadores sincrónicos de masas rodantes, por el contrario, lo hace a través de dispositivos de electrónica de potencia, los cuales no aportan inercia al sistema cuando se presentan desbalances entre la carga y la generación, esta condición implica retos adicionales para la planificación y operación de los sistemas eléctricos. El objetivo de este trabajo es evaluar el comportamiento dinámico de la frecuencia en un sistema eléctrico de prueba considerando diferentes niveles de inercia en el sistema, para lograrlo se simulan múltiples eventos de pérdida de generación en el software especializado en sistemas eléctricos de potencia DigSILENT Power Factory, en dichas simulaciones se evalúa la respuesta inercial de la frecuencia en el tiempo, los valores mínimos que alcanza la frecuencia, la tasa de cambio de la frecuencia en el tiempo y los valores máximos de tasa de cambio de la frecuencia, para cada uno de los diferentes escenarios de inercia planteados y en eventos de diferentes magnitudes. Finalmente, como resultado de este trabajo se presenta la importancia de incluir dentro de la planeación de la operación de cada sistema eléctrico de potencia, estudios relacionados a los requerimientos de inercia mínima de tal forma que se pueda garantizar el nivel mínimo que alcanza la frecuencia y una máxima magnitud de ROCOF ante eventos de perdida de generación que puedan poner en riesgo la estabilidad del sistema. (Texto tomado de la fuente)

Electrical power systems have historically characterized by having generators with rolling masses, such as hydraulic generators or thermal generators, the latter have coal, natural gas, oil, among others, as their primary energy source. To dispense with the use of fossil fuels as a strategy to mitigate climate change, throughout the world there has been an increase in the integration of generation from non-conventional renewable energy sources in electrical power systems, Unconventional renewable energy sources include wind generation and photovoltaic solar generation. One of the main differences between conventional generation and generation from non-conventional energy sources is that the latter is not coupled to the electrical system through synchronous rolling mass generators, on the contrary, it does so through devices of power electronics, which do not provide inertia to the system when there are imbalances between load and generation, this condition implies additional challenges for the planning and operation of electrical systems. The objective of this work is to evaluate the dynamic behavior of the frequency in a test electrical system considering different levels of inertia in the system, to achieve this, multiple generation loss events are simulated in the specialized software for electrical power systems DigSILENT Power Factory, in these simulations the inertial response of the frequency is evaluated in time, the minimum values that the frequency reaches, the rate of change of the frequency in time and the maximum values of the rate of change of the frequency, for each one of them. the different scenarios of inertia proposed and in events of different magnitudes. Finally, as a result of this work, the importance of including within the planning of the operation of each electrical power system, studies related to the minimum inertia requirements is presented in such a way that the minimum level reached by the frequency and a maximum magnitude of ROCOF in the event of loss of generation events that may jeopardize the stability of the system.