Mitigación de problemas producidos por generación eólica en sistemas eléctricos débiles

Abstract

Dentro del portafolio de energías renovables se considera a la generación eólica como la alternativa viable más económica. Entre sus ventajas se pueden mencionar el gran número de posibles lugares para ser instaladas y la rápida evolución de la tecnología con muchos proveedores ofreciendo desde turbinas individuales hasta aun proyectos de llave en mano. Las desventajas de la generación eólica incluyen altos costos de instalación y falta de controlabilidad sobre el recurso discontinuo o intermitente. Sin embargo, la evolución de la energía eólica se está produciendo a un ritmo con una tasa de crecimiento muy alta a nivel mundial (aproximadamente 30%). Este crecimiento, unido a la previsible instalación de numerosos parques en un futuro próximo, obliga a las compañías eléctricas a evaluar la influencia de la generación eólica sobre diversos aspectos del sistema eléctrico. Entre los principales aspectos se pueden mencionar la calidad del suministro, como por ejemplo los problemas introducidos en la calidad de la tensión y en el control de la potencia reactiva principalmente en sistemas débiles, y en la seguridad de operación, como por ejemplo los problemas asociados con la reserva de generación debido a la imposibilidad de controlar la fuente de energía primaria. Por otro lado, la necesidad del manejo más eficiente de los sistemas eléctricos de potencia ha dado origen a tecnologías innovadoras en la generación y transmisión de la energía. El avance de nuevas tecnologías en materia de almacenamiento de energía eléctrica, impulsado principalmente por el interés de la industria automotriz en el desarrollo de vehículos eléctricos, hace posible la incorporación de estos nuevos almacenadores en los sistemas de potencia. Las características de estos modernos sistemas de almacenamiento de energía ofrecen un gran potencial en la mejora de la seguridad de operación y de la calidad de la potencia en los sistemas eléctricos. El uso de los almacenadores 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, dispositivos FACTS (Flexible AC Transmission Systems) o Custom Power 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 sistemas de transmisión (FACTS) y en redes de distribución (Custom Power). En virtud de lo expresado, para mitigar problemas introducidos por la generación eólica, en este trabajo se propone la utilización de controladores Custom Power de tipo compensador sincrónico estático (DSTATCOM) y dispositivos de almacenamiento inercial (FLYWHEEL). Se presentan dos propuestas diferentes de modelado de los dispositivos DSTATCOM/FLYWHEEL. En primer lugar se realiza un modelado detallado de todos los componentes del DSTATCOM/FLYWHEEL y en segundo lugar se lleva a cabo un modelado simplificado o promedio del dispositivo propuesto. Para ambos modelos propuestos, se desarrolla un esquema de control multinivel para realizar la mitigación de los problemas introducidos por la generación eólica en el sistema eléctrico. El esquema de control se diseña a partir de conceptos de la teoría de potencia activa y reactiva instantánea en el marco de referencia giratorio dq0. Finalmente, en el trabajo se propone una solución al problema del manejo de energía del dispositivo DSTATCOM/FLYWHEEL utilizando un sistema de inferencia fuzzy. 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 la mitigación de problemas introducidos por la generación eólica.