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Estudio y simulación de sistemas de generación eólica de Sotavento

ANTECEDENTES:


La gran penetración de la energía eólica en nuestro país ha obligado a considerar, en este tipo de instalaciones, determinados aspectos relacionados con la calidad de onda generada , su influencia en la red eléctrica y el comportamiento en la continuidad de suministro ante determinadas contingencias de la red (huecos de tensión y microcortes).

SOTAVENTO GALICIA , S.A., consciente de ello, ha aprovechado las ventajas que le ofrecen sus instalaciones al disponer de diferentes tecnologías eólicas implantadas en el parque, para realizar un estudio comparativo de las mismas a partir de mediciones reales en referencia a la calidad de onda y la continuidad de generación ante perturbaciones.

El estudio ha sido efectuado por el Grupo de Electrotecnia y Redes Eléctricas de la Universidad de Vigo.

OBJETIVOS:


Los objetivos de dicho estudio abarcan los siguientes aspectos en los aerogeneradores presentes en el parque de Sotavento:

  • Estudio comparativo de la calidad de onda en función del tipo de aerogenerador y a nivel de parque (fluctuaciones de potencia, interarmónicos...)
  • Simulación de la influencia sobre la red eléctrica (flicker, armónicos, variaciones de tensión...) de parques con las distintas tecnologías. Comparación con los valores obtenidos en la etapa de medidas.
  • Estudio de la eficiencia energética del parque y de las distintas tecnologías de aerogeneradores
  • Análisis y simulación del comportamiento de los aerogeneradores ante perturbaciones en la red eléctrica (huecos de tensión, variaciones de frecuencia, etc.)
  • Investigación de los efectos que sobre la red eléctrica tendrían parque eólicos basados en alguna de las tecnologías existentes en Sotavento
  • Estimación de la capacidad de las distintas tecnologías para adaptarse a los requisitos técnicos de las normativas de aplicación en el momento de desarrollo del proyecto.

Se han estudiado en detalle 8 modelos de aerogeneradores que se pueden encuadrar en 5 tecnologías distintas. Los estudios propuestos van más allá del comportamiento individual de cada máquina, pues se ha evaluado mediante simulación, el comportamiento de parques compuestos por cada una de estas tecnologías, tomando como referencia los resultados obtenidos en las máquinas de Sotavento.

Los aerogeneradores que han sido estudiados son los siguientes:

  • ECOTECNIA 44 / 640 kW
  • NEG MICON 900 kW
  • IZAR 600 kW
  • MADE 660 kW
  • MADE 1.300 kW: Asíncrono dos velocidades y paso de pala fijo
  • IZAR 1.300 kW: Asíncrono dos velocidades y paso de pala variable (pérdida aerodinámica activa)
  • GAMESA G47 / 660 kW: Generador asíncrono doblemente alimentado y paso de pala variable
  • MADE 800 kW: Generador síncrono y paso de pala variable

METODOLOGÍA (FASES):


El estudio propuesto se ha dividido en las siguientes fases

  • FASE 0: Documentación previa

    Paso previo al estudio. Conocimiento de la configuración del parque de Sotavento objeto de análisis. Los datos más relevantes a obtener en esta fase fueron:
    • Características eléctricas y mecánicas de los aerogeneradores
    • Características de los transformadores y líneas subterráneas hasta la subestación
    • Características de la subestación
    • Características de las líneas de evacuación de energía eléctrica
    • En cuanto a su comportamiento, era necesario conocer parámetros eléctricos básicos del funcionamiento de las instalaciones, ya fuese a nivel de máquina como de parque, en distintas condiciones de viento:
      • Históricos de las condiciones de viento a nivel de parque y máquina
      • Potencia activa y reactiva a nivel de parque y máquina
      • Comportamiento de la tensión en los distintos puntos de las instalaciones

  • FASE A: Campaña de medidas y calidad de onda

    La primera ha consistido en la realización de una campaña de medidas orientada a aspectos de detalle de la calidad de onda y de suministro, tanto a nivel de parque como a nivel de máquina. El objetivo de esta campaña de medidas se ha dividido en función de las características especiales de las medidas a realizar. Por una parte estaba el estudio de los parámetros clásicos a los que se hacía referencia en la normativa española (UNE-EN 50160:2001 “Características de la tensión suministrada por las redes generales de distribución”). Estas medidas abarcaron aspectos como:
    • Variaciones de tensión (lentas y rápidas)
    • Tasa de distorsión armónica
    • Desequilibrio en la tensión de alimentación
    • Impulsos de tensión

    La influencia de los aerogeneradores en la red eléctrica va más allá de los aspectos clásicos de calidad de onda como los recogidos en el apartado anterior, siendo necesaria la medición de más variables. A continuación se enumerarán algunos de estos puntos:
    • La naturaleza aleatoria del viento hace que la potencia inyectada a la red siga un patrón similar. A este efecto fue necesario superponer efectos como la sombra de torre, que provoca oscilaciones de baja frecuencia que se superponen al comportamiento aleatorio mencionado .
    • La influencia de los equipos de electrónica de potencia de los que se dotan los aerogeneradores no sólo son fuente de armónicos sino también de interarmónicos, incluso a frecuencias superiores a las recogidas en la normativa en el momento de desarrollo del proyecto. Por ello se necesitó de un equipo capaz de detectar armónicos de alta frecuencia, los cuales generalmente quedaban fuera de la mayor parte del rango de medición de los equipos.
    • Los aerogeneradores doblemente alimentados o los conectados a la red a través de un enlace CA/CA hacen gala de un control de la potencia entregada a la red. De esta forma las fluctuaciones de la potencia inyectada a la red eléctrica quedan atenuadas en gran medida, así como los esfuerzos que soportan los elementos mecánicos ante las variaciones de viento. No obstante, fue necesario registrar la potencia a la salida del aerogenerador ya que, en este caso, la habilidad para conseguir dichos propósitos dependía en gran medida de la adecuada elección de los algoritmos de control empleados. Todos los aspectos mencionados eran de necesaria consideración cuando se trataba de estudiar la influencia sobre la red eléctrica de una energía eólica en continuo crecimiento.

    Las medidas a realizar estaban basadas en un registrador específico que permitía un muestreo de alta frecuencia y larga duración de las formas de la onda a la salida del aerogenerador. Para ello, en este proyecto se contemplaba además la utilización de equipos desarrollados en el departamento de Ingeniería Eléctrica que cubrían estos aspectos. Esta campaña de medidas ha abarcado únicamente aquellos aerogeneradores que se consideraban representativos de una determinada tecnología.

  • FASE B: Estudio de eficiencia energética

    Uno de los aspectos fundamentales en cualquier sistema de producción de energía eléctrica es la evaluación de la eficiencia energética, entendiendo como tal, el grado de aprovechamiento de los recursos energéticos de los que se dispone. El primer aspecto evaluado ha sido el relacionado con las pérdidas de energía en los distintos puntos de evacuación de la misma, es decir: transformadores, conductores, líneas, etc. En este punto se evaluó el efecto de los convertidores de potencia en aquellas tecnologías que los incluían. Este último aspecto es de gran importancia debido al grado de penetración en el mercado de los aerogeneradores doblemente alimentados o asíncronos con enlace CA/CA. Otro aspecto relacionado con la eficiencia es la comparativa de producción entre las distintas tecnologías en condiciones de viento similares. Resulta esencial toda la información de datos históricos disponibles en Sotavento, especialmente el hecho de su sincronización, ya sea de la potencia inyectada a la red como la de las distintas medidas de viento.

  • FASE C: Simulación del comportamiento ante perturbaciones eléctricas

    El continuo incremento en el índice de penetración de la energía eólica en la red eléctrica a comienzos de siglo hacía necesario conocer su comportamiento ante las perturbaciones habituales en ella. A ello se unía una creciente exigencia para que los parques eólicos garantizasen cierta inmunidad y contribuyesen al mantenimiento en la estabilidad de la red. El comportamiento ante las perturbaciones, siendo especialmente relevantes las relacionadas con las variaciones de tensión, está íntimamente relacionado con la tecnología empleada. De esta forma, ante una disminución de la tensión, un aerogenerador asíncrono reacciona con intensidades similares a las del arranque directo de un motor, mientras que para un sistema doblemente alimentado, la situación más probable es la de su desconexión con el fin de proteger la electrónica de potencia. En este proyecto se ha realizado un importante estudio de simulación, no sólo habiéndose establecido el comportamiento de las máquinas de Sotavento, sino que permitía predecir, y por lo tanto extrapolar, el comportamiento a un parque compuesto por máquinas de idéntica tecnología, tal y como suele ocurrir en parques distintos a Sotavento.

    En esta fase se evaluaron las posibilidades de las tecnologías analizadas para adaptarse a las exigencias técnicas provenientes de los organismos reguladores vigentes en el momento en el que se desarrolla el proyecto, concretamente al RD 436/2004. Además, se estudiaron posibles estrategias de control que permitiesen mejorar de las prestaciones de los aerogeneradores.

  • FASE D: Simulación del impacto sobre la red eléctrica

    Un aspecto complementario a lo comentado en el apartado anterior es el impacto que sobre la red eléctrica tienen las distintas tecnologías de aerogeneradores. Persiguiendo la generalización de las conclusiones se simularon parques eólicos con distintas tecnologías en exclusiva y bajo distintas condiciones tanto eólicas como eléctricas, utilizando para ello los datos obtenidos en el estudio del parque de Sotavento. En cuanto a las condiciones eléctricas, se ha estudiado la influencia de las características del punto de conexión según la normativa vigente.

    Las dos fases anteriormente mencionadas (Fase C y Fase D) requirieron de un importante esfuerzo de simulación del funcionamiento de las distintas tecnologías de aerogeneradores. Esto implicaba el empleo de un modelado, por lo que fue necesaria una recopilación de los datos tanto eléctricos como mecánicos de los distintos aerogeneradores, datos disponibles en el Parque Eólico Experimental Sotavento.

SITUACIÓN ACTUAL:


El proyecto ha finalizado en enero de 2007. Los resultados y conclusiones obtenidos al respecto de este estudio han sido publicados en un informe con el título del proyecto.

DOCUMENTACIÓN:


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Estudio y simulación de los sistemas de generación del P.E.E. Sotavento Español 27.460 Kb
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