Análisis del Comportamiento de la Frecuencia Eléctrica en Sistemas de Potencia con Alta Penetración de Generación Fotovoltaica

Abstract

La energía solar fotovoltaica se ha convertido en la tecnología energética de más rápido crecimiento del mundo, a medida que se transforma en la opción más competitiva para la generación de electricidad, trayendo consigo el impacto que tiene el uso de convertidores de potencia en el sistema eléctrico. Este documento analiza el impacto de estas fuentes de generación en un sistema de potencia modelo para diferentes niveles de penetración. El análisis considera plantas de generación fotovoltaica que emplean 3 diferentes métodos de control de potencia activa llamados Control de Inercia, Control de Descarga y Control de Emulación del Generador, y comparan su rendimiento con el de un generador de potencia síncrono tradicional y el punto de conexión a la red, suponiendo en todos los casos, que las plantas de generación participan en la regulación primaria de frecuencia. El estudio aborda la respuesta del sistema a perturbaciones que alteran el equilibrio de la potencia activa y la estabilidad de la frecuencia eléctrica. Los modelos se han desarrollado en MATLAB®-SIMULINK®, incluyendo los bloques de control de los tres esquemas. Los casos de estudio se implementan en una red de prueba de dos áreas de Kundur. Los resultados del análisis muestran que las plantas de generación fotovoltaica que utilizan controles de emulación del generador, son capaces de limitar las desviaciones de frecuencia, mejorar la amortiguación de las oscilaciones y reducir el estrés de las unidades de generación síncrona convencional, lo que tiene un impacto beneficioso en el sistema eléctrico de potencia.

Solar photovoltaics has become the fastest growing energy technology in the world as it becomes the most competitive option for electricity generation, bringing with it the impact of using power converters on the power system. This paper analyzes the impact of these generation sources on a model power system for different penetration levels. The analysis considers photovoltaic generation plants employing 3 different active power control methods called Inertia Control, Discharge Control and Generator Emulation Control, and compares their performance with that of a traditional synchronous power generator and the grid connection point, assuming in all cases, that the generation plants participate in the primary frequency regulation. The study addresses the system response to disturbances that alter the active power balance and power frequency stability. The models have been developed in MATLAB®-SIMULINK®, including the control blocks of the three schemes. The case studies are implemented in a two-area test network of Kundur. The results of the analysis show that photovoltaic generation plants using generator emulation controls are able to limit frequency deviations, improve damping of oscillations and reduce the stress of conventional synchronous generation units, which has a beneficial impact on the electrical power system.