Incorporación de baterías redox en parques eólicos para realizar la regulación secundaria de frecuencia

Abstract

Dentro del portafolio de energías renovables la generación eólica es la que experimenta un mayor crecimiento, duplicándose cada tres años. La factibilidad de su empleo radica en la madurez de las unidades de conversión de energía a precios cada vez más competitivos, la buena oferta del recurso primario, y la interconexión con la red eléctrica a través de dispositivos electrónicos de potencia. Sin embargo, presenta el inconveniente dado por la disponibilidad del recurso primario, el cual sufre variaciones importantes tanto en forma previsible, como en forma aleatoria o imprevista. Estas variaciones ocasionan fluctuaciones de la potencia eólica inyectada a la red, comprometiendo la seguridad de operación del sistema eléctrico, especialmente en aquellos casos en que la penetración eólica es elevada. Para resolver esto es necesario mantener en el sistema eléctrico una mayor cantidad de reserva de generación, que tradicionalmente se obtiene mediante generadores convencionales operando por debajo de su máxima capacidad, y en consecuencia, en un punto de funcionamiento menos eficiente. De esta manera, en la medida que continúe creciendo la penetración eólica, se volverá excesivamente oneroso para el sistema poder mantener la referida reserva de generación.A través del desarrollo de almacenadores de energía con capacidades cada vez mayores, se vuelve posible su utilización como reserva para compensar las variaciones de la potencia de generación eólica por causas climáticas imprevistas. Actualmente existen en el mercado novedosas tecnologías de almacenamiento de largo alcance (minutos-horas), cuyo potencial abarca actividades de nivelación de carga, regulación primaria de frecuencia (RPF) y regulación secundaria de frecuencia (RSF), entre otras. En este contexto, este trabajo pretende estudiar la participación en la RSF del sistema eléctrico empleando un aprovechamiento eólico y una batería de flujo Redox de vanadio.El empleo de la batería de flujo Redox para amortiguar las fluctuaciones de potencia eólica requiere de dispositivos rápidos y flexibles que permitan un intercambio efectivo de la potencia almacenada con la red eléctrica. En este sentido, los compensadores FACTS (Flexible AC Transmission Systems) ofrecen una solución muy efectiva debido a sus muy buenas características de operación y control. Estos controladores son una generación nueva de equipos basados en electrónica de potencia que permiten mejorar la confiabilidad y calidad de los flujos de potencia en los sistemas eléctricos.En virtud de lo expresado, para realizar la RSF del sistema eléctrico, en este trabajo se desarrolla un compensador FACTS basado en un conversor de tiristores de 12 pulsos, que conecta la batería de flujo Redox con el sistema de potencia. En esta investigación se presentan dos propuestas diferentes de modelado de la turbina eólica y de la unidad FACTS/VRB. En primer lugar se realiza un modelado detallado de estos componentes, y en segundo lugar se lleva a cabo un modelado simplificado o promedio de los dispositivos propuestos. Para ambos modelos, se desarrolla un esquema de control multinivel con el propósito de realizar la nivelación de carga del aprovechamiento eólico, y la RPF y RSF del sistema eléctrico. Los modelos y algoritmos de control desarrollados se validan por medio de simulaciones digitales en sistemas eléctricos de prueba, demostrando además la efectividad de la metodología propuesta para efectuar la RSF y mejorar la seguridad de operación del sistema eléctrico.