Análisis Eléctrico de La Conexión de Un Parque Eólico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado...

download Análisis Eléctrico de La Conexión de Un Parque Eólico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

of 36

description

sobre eolicas

Transcript of Análisis Eléctrico de La Conexión de Un Parque Eólico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado...

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    1/36

    ANLISIS ELCTRICO DE LA CONEXIN DE UNPARQUE ELICO A RED DE POTENCIA CON UNENFOQUE ORIENTADO A LA CALIDAD

    ING. RUBEN DOMINGO BUFANIO1, DR. DI PRTULA, HORACIO.R.2,MG. EDUARDOGUILLERMO3, ING. ANDREA ROSSI4, ING. RODOLFO BOCERO5

    1. UTN FRH tesista magister de En. Renovables2. Director grupo GESE FRBB UTN [email protected]. Investigador grupo GESE FRBB UTN

    4. Investigador grupo GESE FRBB UTN Especialista en calidad5. Investigador grupo GESE FRBB UTN Especialista en calidad

    II CONGRESO LATINOAMERICANO DE DISTRIBUCIN ELCTRICA

    CLADE 2012UNIVERSIDAD TECNOLGICA NACIONAL FACULTAD

    REGIONAL BAHA BLANCA

    REPBLICA ARGENTINACalidad de Servicio y Producto

    mailto:[email protected]:[email protected]
  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    2/36

    INDICE TEMTICO1 Introduccin

    2 Anlisis del Problema

    3 Topologa de Convertidores para la Conexin a Red Elctrica

    4 Tipo de conversin de potencia en generacin elica

    5 Fuente de Armnicas

    6 Simulaciones y anlisis

    7 Conclusin

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    3/36

    Las turbinas elicas actuales utilizan convertidoreselectrnicos de potencia para garantizar la regulacinde su inter-relacin con la red elctrica.

    Las turbinas que se conectan a travs de la electrnica de

    potencia presentan ventajas a la hora de maximizar

    eficiencia energtica fundamentalmente en la zona de

    potencia parcial, pero la desvinculacin de frecuenciaentre el generador y la red muestran desventajas como

    ser el contenido armnico de corr iente respecto a otras

    topologas como ser la SCIG (generador de induccin

    con vinculacin directa a la red)

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    4/36

    Clasificaremos las turbinas elicas modernas considerando el tipo degenerador elegido por el fabricante para convertir la energa mecnica

    en elctrica, ya que este aspecto es importante para interpretar elproblema de armnicas en red. En la tabla siguiente vemos turbinascon generador de induccin y un generador sincrnico (Fig. 4).

    Turbinas Elicas sin convertidor de potencia conectado a red elctrica

    viento

    Caja deEngranajes

    Generador de

    induccin con

    jaula de ardilla

    Arrancador

    Compensacin

    Transformador

    Filtro EMI

    Red Elctrica

    Fig. 1

    viento

    Caja de

    Engranajes

    Generador de

    induccin con

    rotor bobinado

    Convertidor

    TransformadorRed Elctrica

    Fig. 2

    viento

    Caja de

    Engranajes

    Generador de

    induccin con

    rotor bobinado

    Convertidor

    TransformadorRed Elctrica

    Fig. 3

    viento

    Caja de

    Engranajes

    Generador

    sincrnico con

    rotor bobinado

    Convertidor

    TransformadorRed Elctrica

    Fig. 4

    Todos los dispositivos cuentan con caja de engranaje.

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    5/36

    Turbinas Elicas con convertidor de potencia conectado a red elctrica

    viento

    Caja de

    Engranajes

    Generador de

    induccin con

    jaula de ardilla

    Convertidor

    de frecuenciaTransformador

    Filtro EMI

    Red Elctrica

    Fig. 5

    vi

    ento

    Generador Sincrnico

    multipolo con imanes

    permanentes

    Convertidor Transformador Red Elctrica

    Fig. 6

    viento

    Caja de

    Engranajes

    Generador

    sincrnico con

    rotor bobinado

    Convertidor

    TransformadorRed ElctricaConvertidor

    Fig. 7

    viento

    Generador

    sincrnico

    multipolo

    Convertidor

    Transformador Red ElctricaConvertidor

    Fig. 8

    Turbinas elicas con generadores de induccin y sincrnicos con y sin

    cajas multiplicadoras, conectadas mediante convertidores de potencia ala red elctrica.

    Dos generadores directos y dos con caja de engranajes y uno conimanes permanentes.

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    6/36

    Tabla III Fortalezas Debilidades

    Fig. 1

    Generador de

    induccin jaula de

    ardilla

    Simplicidad. Onda de tensin

    senoidal (depende de la red

    elctrica)

    Menor aprovechamiento de

    vientos altoslenta respuesta del

    sistema mecnico (variacin de

    potencia generada ante

    variaciones de vientos).

    Imposibilidad de entregar energa

    reactiva al sistema (requiere banco

    de capacitores). A veces (redes

    elctricas dbiles) requera

    arrancador. Caja de engranajes.

    Fig. 2

    Generador de

    induccin con Rotor

    Bobinado y con

    Deslizamiento

    Controlado

    Con control del deslizamiento

    mediante un sistema opto

    acoplamiento denominado

    OptiSlip (VESTAS) poda

    controlarse el deslizamiento

    hasta un 10% controlando la

    potencia generada.

    Con control del deslizamiento por

    resistencia utiliza anillos y

    escobillas con el consiguiente

    desgaste.

    Conex

    in

    directa

    alare

    d

    elctrica

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    7/36

    Conexin

    directa a red

    elctrica

    Fig. 3

    Generador de

    induccin, con rotor

    bobinado y doble

    alimentacin

    Con convertidor de cuatro

    cuadrantes (alterna-continua-

    alterna), basado en transistores

    bipolares de puerta aislada

    (IGBT) conectados a los

    bobinados del rotor. Respecto al

    convertidor de frecuencia, el

    costo es menor porque maneja

    solo el 25% del total de la

    potencia. Menor costo del filtro

    de salida del inversor y el filtroEMI. Buena eficiencia. Buen

    control del factor de potencia a

    bajo costo (funciona similar a

    una mquina sincrnica). Maneja

    un rango mayor de velocidad que

    el OptiSlip.

    Fig. 4

    Generadorsincrnico con rotor

    bobinado excitado

    por convertidor de

    potencia

    Similar a los sistemas de

    generacin convencional, no

    recurre a sistema de excitacin

    brushless.

    Requiere un circuito de exitacion

    y anillos rozantes.

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    8/36

    Conexin

    con

    convertidor

    Conectado a

    red elctrica

    Fig. 5

    generador de

    induccin jaula de

    ardilla

    permite una variacin de la

    velocidad del generador en

    funcin de las variaciones de

    velocidad del viento

    el convertidor de potencia debe

    convertir el 100% de la potencia

    entregada por el generador

    (costoso e introduce elevadas

    prdidas), los filtros de salida del

    inversor y los filtros EMI para

    evitar interferencia

    electromagntica manejan el total

    de la potencia (costosos - la

    eficiencia del convertidor juega un

    papel importante en la eficiencia

    total del conjunto, en todo el

    rango de operacin)

    Fig. 6

    Generador

    sincrnico de imnes

    permanentes

    Excelente desempeo a

    diferentes velocidades del viento,

    fundamentalmente en carga

    parcial (,) optima.

    Desacople de la red permite

    acondicionamiento de

    fluctuaciones de viento

    Utiliza convertidor de frecuencia.

    Bobinado del estator de alta

    tensin.

    Fig.7

    Generador

    sincrnico con rotor

    bobinado

    Similar al anterior. Convertidor para excitacin y para

    conexin a red elctrica.

    Fig.8

    Generador

    sincrnico multipolo

    rotor bobinado

    Similar al anterior Convertidor para excitacin y

    conexin a red elctrica

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    9/36

    Establecida las condiciones de operacin hacia la red elctrica de cadagenerador, se plantea el problema de calidad:

    El problema es la calidad de servicio relacionada a la presencia de

    armnicas en red debido al uso de convertidores de potencia. Losactuales generadores requieren dichos sistemas electrnicos mientrasque los primeros aerogeneradores llegados a nuestro Pas utilizabangeneradores de induccin.

    La norma que est relacionada con armnicas en red es la norma IEC

    61000-4-7. En la Repblica Argentina (Provincia de Buenos Aires) elcontrato de suministro de concesin Municipal de distribucin(SubAnexo D Normas de calidad del servicio Pblico y Sanciones)establece como norma para las perturbaciones (entre ellos armnicas)

    el valor del THD en el 5%.

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    10/36

    Calidad de la Energa

    Voltaje

    Frecuencia

    Interrupciones

    Variaciones de

    voltaje

    Flicker

    Armnicas

    Transitorios

    En nuestro caso la calidad de la energa en el nodo depende de lainteraccin entre la red elctrica y el parque elico. Al analizar elfenmeno observamos que la eleccin del tipo de turbina tiene relacincon la magnitud de los fenmenos que afectan el voltaje.

    Si bien, las armnicas de voltaje y corriente siempre se encuentranpresente en las redes elctricas, especialmente por la existencia decargas no lineales, de electrnica de potencia, rectificadores e inversores

    para el control de velocidad de motores de induccin, etc.

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    11/36

    Sin embargo, la presencia de los inversores en la fuente de energa(energa elica) aumenta la existencia de armnicas de tensin y por lo

    tanto el problema en los sistemas elctricos se agrava.Efectos de las Armnicas sobre el sistema elctrico

    Efectos de las armnicassobre la red elctrica

    Efectos en corto plazo Efectos a largo plazo Perturbaciones sobrelas mquinas elctricas

    controladores (PLCs)

    errores en los medi-dores de induccin,vibraciones, rels,interferencias en lossistemas de comuni-

    cacin y control

    Calentamiento de ca-

    pacitores, de mquinaselctricas, cables,aparatos de maniobra,borneras, etc.

    incremento en las pr-

    didas (hierro y con-ductores), disminucide la capacidad deltransformador, cuplamecnica pulsante

    que disminuye la efi-ciencia, etc.

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    12/36

    Inicialmente se efecta un anlisis de un parque elico de pequeapotencia (1.2 Mw) en la provincia de Bs.As. Y posteriormente seefectuar sobre un parque elico de gran potencia en Brasil.

    El nodo de conexin del parque elico en la Provincia de Bs.As.presenta una potencia de cortocircuito reducida con una importanteelectrificacin rural (valor real). Se simula un parque con una turbina

    elica similar pero de 1.5 Mw conectada a una red de elevada potencia.

    Hay muchos requerimientos para los convertidores que se conectan a lared para transferir energa, como ser: confiabilidad, mnimomantenimiento, limitado espacio y peso, bajas prdidas y buena calidadde la energa inyectada. Es decir corriente con bajo contenido armnico

    y posibilidad de controlar flujo de potencia. En sntesis, posibilidad deceder u o tomar reactiva.

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    13/36

    Esta transformacin AC/AC puede ser directa o indirecta, en el casoindirecto hay un link de continua o DC, lo cual genera un sistemaAC/DC-DC/AC. La ventaja de esto es el desacople entre la red y elgenerador lo cual favorece el control en la compensacin por problemasde simetra. El mayor problema es el almacenamiento de energa enDC, lo cual adems aumenta costos y reduce vida til frente a una

    posibilidad AC/AC directa que por su puesto presenta otrasdesventajas. Este control indirecto con desacople presenta una de lasmayores bondades en la posibilidad de cumplir con el paso a travs defallos de la red o bien conocido como low voltaje ride through, cada vezms requerido por los Code Grid de las diferentes operadores de red.

    Esto hace que el sistema, y es lo que se busca, se acerque ms a lasposibilidades de una fuente convencional. Por ello es que esta opcin esmuy o la ms utilizada hoy en da.

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    14/36

    Los tipos de convertidores que se usan son:

    VSC (Voltage Stiff Converter) y CSC (Current Stiff Converter), losprimeros operan en base a una alimentacin o fuente de tensin y lossegundos a base de una fuente de corriente.

    Segn el flujo de potencia podrn ser inversores o rectificadores ocumplir ambas para lo cual se denominarn bidireccionales. A su vez

    pueden clasificarse segn su control, es decir por fase (tiristorizados) ocon tecnologa PWM en dicho caso con dispositivos de conmutacinforzada como ejemplo conmutadores IGBT (transistor bipolar decompuerta aislada), estos dada su posibilidad bidireccional permiten

    trabajar en todos los cuadrantes es decir posibilitando la carga del linkde continua.

    VSC (Voltage Stiff Converter) Poseen seis conmutadores con transistory diodo en anti paralelo o paso libre para proveer flujo bidireccional decorriente y bloqueo de voltaje.

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    15/36

    A

    B

    C

    abc

    n2

    Transformer

    A B C

    Three-PhaseHarmonic Filter

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    N

    A

    B

    C

    Grid

    Esta topologa tiene el problema del disparo simultneo de losconmutadores, es decir hace falta el uso de tiempos muertos lo cualempeora o distorsiona la seal obtenida (armnicos), es por endenecesario un filtrado de alto orden para cumplir con las normas, lo cual

    lleva a prdida de eficiencia y complejidad en el control.

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    16/36

    Permite conectar a la red elctrica una turbina elica con generador deinduccin, pero como el generador requiere potencia reactiva para sumagnetizacin usa VSC. Destacamos, que dado que la energa reactiva

    requerida presenta cambios con la velocidad y si el valor del capacitorno es el adecuado el sistema presentar una performance menor.

    El generador con imanes permanentes utiliza para conectarse a la redelctrica diferentes sistemas de rectificacin e invertidores.Dependiendo de la optimizacin del subsistema rectificador-generadorpuede incrementarse la capacidad de potencia en un 50% utilizando unVSC [2].

    vien

    to

    Caja de

    Engranajes

    Generador de

    induccin con

    jaula de ardilla

    viento

    Generador Sincrnico

    multipolo con imanes

    permanentes

    VSC

    Rectificador

    tiristorizado

    Rectificador

    a diodoDC/DC

    Invertidor

    tiristorizado

    VSC

    rectificadores Invertidores

    Red elctrica

    Direccin de flujo de energa

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    17/36

    Esta tecnologa tambin se usa para el transporte de energa mediantesistemas HDVC (high-voltage, direct current) y se basa en la tecnologaVSC con transistores bipolares (IGBT) que emplean configuracin de

    conmutacin con modulacin por ancho de pulso (PWM) controlandola energa activa y reactiva.

    El crecimiento de la energa elica en Europa, EEUU y China,considerando tambin la instalacin de parques elicos en el mar hadado paso a la utilizacin de esta tecnologa.

    Filtro de CA

    Reactancia de

    fase

    IGBT+diodo

    Condensador

    de CC

    +/- 150 kV

    Cable de CC

    Cable de CC

    CA

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    18/36

    CSC (Current Stiff Converter): Tiene ms limitaciones en aplicacin, laoperacin requiere de una fuente de corriente constante, lo cual lleva aluso de una inductancia importante y adems de estar conectado a unared bastante rgida, ya que el link de corriente continua queda

    determinado por la diferencia de potencia de ambos lados (generador yred). Esto hace que como los disturbios por variacin del viento en ellado generador no se reflejan simultneamente por el control delconvertidor del lado red, provocar un exceso o defecto en la corrienteDC lo cual puede afectar la estabilidad del sistema.

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    19/36

    Tambin su aplicacin est relacionada con el hecho de que al elevar latensin de las lneas de transmisin interna del parque elico debido alaumento de la potencia de las turbinas elicas en uso, (si se compara

    con la BT utilizada en la dcada del 90) y el uso de dispositivosconvertidores de cuatro cuadrantes (se considera ventajoso el sistemade bi-direccionalidad del flujo frente a la uni-direccionalidad) contiristores IGCT [4].

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    20/36

    Tipo de Elemento

    Tiristor

    IGCT

    IGBT

    Smbolo

    A = nodo; C = ctodo; G = compuerta (terminal de control)

    Tipo de control

    on: impulso de corriente en G

    off: corriente inversa entre AC

    on/ off por seales decorriente a G

    Resistencia variable

    controlada por

    tensin GE

    Conexin enparalelo

    Adecuacin parmetros (seleccin

    dispositivos)

    Slo con circuitos de

    proteccin

    Con/sin circuito de proteccin

    Conexin en serie

    Slo con circuito de proteccin

    Circuito de proteccinopcional (recomendado)

    Concepto deproteccin de

    fallos

    El elemento no limita la corriente de cortocircuito. Slo con circuitos de

    proteccin

    El elemento limita la corriente

    de cortocircuito, puede

    desconectar el cortocircuito

    por G

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    21/36

    En potencias de sistemas alrededor de los 2 Mw los convertidores coninterruptores de conmutacin forzada son los que dan mejor control deflujo de potencia y control de armnicos. Entre las soluciones msusadas aparece la VSC (Voltage Stiff Converter) alimentada en voltaje,en el caso que dicho convertidor se adopte en ambos lados (Generador

    y Grilla) la configuracin resultante es la back to back como indicadaen la figura:

    A

    B

    C

    a

    b

    c

    n2

    Transformer

    A B C

    Three-PhaseHarmonic Filter

    mA

    B

    C

    Tm

    Permanent Magnet

    Synchronous Machine

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    N

    A

    B

    C

    Grid

    Generator filter

    DC Link

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    22/36

    Otra posibilidad es la utilizacin de un rectificador pasivo y unconvertidor elevador (boost, step-up) para elevar el voltajefundamentalmente a baja velocidad y controlar flujo de potencia. La

    topologa se muestra en la siguiente figura:

    En esta opcin, supuestamente ms sencilla y econmica, dondefundamentalmente del lado generador a travs de un puente de diodos

    se rectifica y eleva luego la tensin. Se consigue una funcionalidad comola de Back to Back, sin embargo no es posible, como si podra ser en elprimer caso de controlar de manera individual el contenido armnicogenerado por la fuerza electromotriz del generador, principalmente en5to y 7mo armnico, por lo tanto filtros adecuados se requieren en este

    caso del lado generador.

    A

    B

    C

    abc

    n2

    Transformer

    A B C

    Three-PhaseHarmonic Filter

    mA

    B

    C

    Tm

    Permanent MagnetSynchronous Machine

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    g

    m

    C

    E

    N

    A

    B

    C

    Grid

    Generator filter

    ma

    k

    m

    a

    km

    a

    km

    a

    k

    m

    a

    k m

    a

    km

    a

    k

    Diode Bridge

    g

    m

    C

    E

    BOOST

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    23/36

    Se analiza el fenmeno en dos casos extremos de fuentes de energaelica: 1) Generadores de induccin, 2) Generadores con convertidores(inversores) de potencia

    Sistema Real (primero sin parque elico y posteriormente con el mismoconectado):

    -11350-5675

    05675

    11350

    Phase A-N Voltage

    _

    -39-19

    01939

    Phase A Current

    _

    Name:,power - Phase A-N Voltage

    Fundamental:,7862.26 :RMS:,7864.14

    RMS - H:,171.81

    Peak:,11358.20 - CF:,1.44 - ASUM:,8392.59

    THD:,2.18 - TIF:,7.44

    H1:,7862.26

    H2:,10.11

    H3:,23.28

    H4:,9.76

    H5:,159.37

    Name:,power - Phase A Current

    Fundamental:,26.33RMS:,26.38

    RMS - H:,1.57

    Peak:,38.82 - CF:,1.47 - ASUM:,30.74

    THD:,5.97 - TIF:,515.44

    H1:,26.33

    H2:,0.04

    H3:,0.71

    H4:,0.01H5:,1.26

    Phas e A N Vol tage Phas e A Current

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    24/36

    - 11458

    -5729

    0

    5729

    11458

    Phas e A-N Vol tage

    - 23

    - 11

    0

    11

    23

    Phas e A Current

    Name: power - Phase A-N Voltage

    Fundamental: 7868,6

    RMS: 7874,64

    RMS - H: 308,44Peak: 11468,92

    CF: 1,45

    ASUM: 8575,75

    THD: 3,91

    TIF: 9,51

    H1: 7868,6

    H2: 10,07

    H3: 28,05

    H4: 1,82H5: 295,87

    Name power - Phase A Current

    Fundamental: 11,06

    RMS: 12,03

    RMS - H: 4,73Peak: 22,91

    CF: 1,9

    ASUM: 20,22

    THD: 42,82

    TIF: 939,08

    H1: 11,06

    H2: 0,2

    H3: 0,94

    H4: 0,04

    H5: 4,49

    Se considera que dado que el generador de induccin entrega energaactiva a la red elctrica pero requiere de energa reactiva de la mismapara crear sus campos magnticos modifica las condiciones

    paramtricas del nodo, contribuyendo a una mayor magnitud de lasarmnicas.

    Puede observarse que la 5ta armnica es la de mayor existencia, lo quese atribuye a la conexin en tringulo de los primarios de lostransformadores trifsicos reductores sobre la red elctrica de media

    tensin.

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    25/36

    Sin embargo ante un sistema de mayor potencia un parque elico conturbinas de palas fijas, multiplicador y generadores de induccin jaulade ardilla no presenta un nivel de armnicas importantes. El siguiente

    modelo desarrollado en matlab lo muestra

    0.785 %

    1 2 3 4 5 6

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12x 10

    -3

    Order of Harmonic

    Magnitudebasedon"BasePeak"-P

    arameter

    Peak Magnitude Spe ctrum called by Simulink

    Componentes principales de las armnicas en lnea

    en un sistema de potencia de 47 MVA siendo laturbina de 1.5 Mw

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    26/36

    PARQUE ELICO CON CONVERTIDORES (TABLA II)

    Los onduladores (inverters) insertan en la red elctrica armnicas debajo y alto orden (dependiendo de la frecuencia de corte del dispositivo

    5 a 10 kHz). Las de alto orden pueden producir resonancia cuando seusan cables subterrneos[1].

    Dnde SkV/Sev corresponde al cociente entre la potencia de la red y lapotencia contratada y los valores a % de la corriente.

    Segn la norma IEC 61800-3 el contenido de armnicas % de la fundamental (THD definicin de la CIGR:

    2 2 2

    2 3 n

    1

    1

    h + h + .....+ hTHD%= (H valor eficaz)

    Hrazn entre el valor RMS de las armnicas y el valor

    RMS de la fundamental) ser el dado por la siguiente tabla:

    armnica

    Impar

    armnica

    par

    armnica

    Impar

    armnica

    par

    armnica

    Impar

    armnica

    par

    armnica

    Impar

    armnica

    par

    armnica

    Impar

    armnica

    pararmnica impar

    Armnica

    par

    1000 15,0 3,8 7,0 1,8 6,0 1,5 2,5 0,6 1,4 0,4 20,0 5,0

    ndice de

    distorsin totalSkV/SeV

    h

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    27/36

    De acuerdo a la norma IEC 61400-4-7 la frmula cuando se encuentran conectadas ms de una fuente al

    nodo es la siguiente:

    h h,k

    k

    i = i dnde ihes la armnica de corriente de orden h, ih.kes la armnica

    de corriente de orden h de la fuente k y es una exponente elegida de la tabla V [8]:

    Tabla V

    Nmero de armnica h

    1 h 10

    Sistema Real:VRO

    45MVA

    45MVA

    CGE VOLTA DO RIO

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    28/36

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    29/36

    Se verifica un aumento del THD% (>10%) cuando hay 18 mquinas enservicio. Estos valores son superiores a los exigidos por normas.

    SIMULACIN:

    Modelo Usado: Granja elica con mquina sincrnica con bobinado deexcitacin conectada a una red elctrica de potencia a travs deinverters con IGBT (VSC) (DC/AC) y uso de Boost (Step-up) pararectificacin con diodosCarga resistiva y con motor de induccin de

    500 kW de potencia.

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    30/36

    Se efectan las siguientes simulaciones:a. Con potencia de la red elctrica de 2.5 Gw (250 veces lapotencia del parque) transformadores de potencia 40 MVA y 2.5 x 5MVA en el parque elico. El resultado es un THD del orden de 0.1%con componentes pares e impares.

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    31/36

    b. Con potencia de la red elctrica de 200 Mw (20 veces lapotencia del parque) transformadores de potencia 30 MVA y 2 x 5MVA en el parque elico. El resultado es un THD del orden de 0.15%

    con componentes pares e impares y prevalencia de las pares.c. Con potencia de la red elctrica de 100 Mw (10 veces la potencia

    del parque) transformadores de potencia 40 y 2.5 x 5 MVA en elparque elico. El resultado es un THD del orden de 0.2 % concomponentes pares e impares y prevalencia de las pares.

    d. Con potencia de la red elctrica de 100 Mw (10 veces la potenciadel parque) transformadores de potencia 40 y 2 x 5 MVA en elparque elico. El resultado es un THD del orden de 4 % concomponentes pares e impares y prevalencia de la 5ta armnica.

    e. Con potencia de la red elctrica de 100 Mw (10 veces la potenciadel parque) transformadores de potencia 35 y 2.5 x 5 MVA en elparque elico. Con idntico resultado al anterior

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    32/36

    f. Con potencia de la red elctrica de 2.5 Gw (250 veces la potencia delparque) transformadores de potencia 40 MVA y 2.5 x 5 MVA en elparque elico, pero variando la longitud de la lnea de 30 kms, primero

    a 50 kms y luego a 60 kms. El resultado es un THD del orden del 4%para el primer caso y 6 % con componentes pares e impares peroprevalencia de la 5ta armnica (Figuras a continuacin).

    THD parque con GS e inverters potencia de red 2.5 Gw potencia delos transformadores: 40 MVA 2.5 x 5

    MVA y lnea de 50 km de conexin

    THD parque con GS y inverters potenciade red 2.5 Gw potencia de los

    transformadores: 40 MVA 2.5 x 5 MVA ylnea de 60 km de conexin

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    33/36

    g. Prosiguiendo con la experimentacin se logr un incrementoimportante en la 6ta armnica elevando la potencia de la carga (1 Mw)e incrementando la longitud de la lnea elctrica. Se nota que el sistema

    se sensibiliza al cambio de potencia de la carga con menor incrementode la longitud de la lnea de conexin.

    h. Incrementando an ms la potencia de la carga (1.5 Mw) lasensibilidad aumenta y no es necesario modificar el valor originalde la lnea de conexin para que el fenmeno de armnicas seincremente.

    Existe una relacin crtica entre la potencia de la red elctrica, las lneasde transporte de energa y las potencias de los transformadores lejanos

    y cercanos al parque elico, pero fundamentalmente en la lnea deconexin del parque al nodo existente.

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    34/36

    Si la potencia de la red elctrica supera las 20 veces la potencia delparque elico instalado la posibilidad de existencia de armnicas detensin en valor importante disminuye y comienza a ser inmune a las

    variaciones de potencia de las estaciones transformadoras pero lainfluencia de la lnea de transporte cercana al parque muestra graninflujo en el contenido de armnicas en red (siempre conservando lascondiciones de transporte determinadas por normas nacionales einternacionales).

    Ante el incremento de la carga (motor al doble de potencia: 1 Mw), lainfluencia de la lnea de conexin del parque sobre la existencia dearmnicas se incrementa notablemente con modificaciones menores ensu longitud (40 kms), llegando a producir armnicas con la longitud del

    modelo (30 kms) con una potencia de carga de 1.5 Mw. Se nota en estecaso una mayor produccin de armnicas pares.

    Los resultados nos permiten afirmar que la carga sensibiliza lainfluencia de la lnea de conexin sobre la propagacin de armnicas,sin embargo la lnea de conexin del parque el nodo es crtica en

    relacin a la propagacin de armnicas. Por lo tanto, es importante

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    35/36

    Por lo tanto, es importante prestar atencin al clculo de la red deconexin entre turbinas elicas y la SE transformadora elevadora deconexin a la red elctrica, como tambin a la potencia en el nodo de

    conexin.Tambin es importante destacar que al disminuir el nmero deaerogeneradores conectados debido a condiciones de servicio lascondiciones de sensibilidad a la propagacin de armnicas disminuyenotablemente.

    Dada la influencia de todos los componentes en la propagacin dearmnicas en la red elctrica es aconsejable minimizar la posibilidad deno cumplir con normativas vigentes realizando un estudio mediante unmodelo y simulacin para determinar los valores crticos en lneas

    elctricas de conexin (principalmente), SE transformadora deconexin y potencia de la red elctrica en el nodo.

  • 5/19/2018 Anlisis Elctrico de La Conexin de Un Parque Elico a Red de Potencia Con Un Enfoque Orientado a La Calidad

    36/36