Efectos de la integración de generación distribuida en la estabilidad de tensión del sistema de potencia de la Electrificadora del Meta

Abstract

Este artículo tiene como finalidad modelar un sistema de potencia real, analizar eventos ocurridos durante la entrada de generación distribuida y realizar un estudio de estabilidad de tensión en estado estacionario del sistema de potencia de la Electrificadora del Meta (EMSA) utilizando el programa Digsilent PowerFactory. El sistema de potencia a modelar se compone de nueve subestaciones en nivel cuatro a 115 kV en configuración radial, con una demanda aproximada de 210 MWh/día, donde la generación a base de inversores ha aumentado con el objetivo de solventar la demanda del departamento del Meta durante algunas franjas horarias, con proyectos de generación fotovoltaica aprobados por la Unidad de Planeación Minero-Energética (UPME). Inicialmente, para modelar y analizar el sistema a evaluar se tomaron datos disponibles en las herramientas PARATEC y HEROPE desde la página de XM (administradores del mercado eléctrico) y datos internos de la electrificadora tanto para equipos, como para eventos registrados de variación de tensión desde la entrada de la generación no convencional, finalmente, se realiza el estudio de estabilidad utilizando las curvas PV y QV que limitan la demanda en el sistema de potencia, como resultados principales se obtienen límites bajos en generación de potencia reactiva para mantener el sistema estable en tensión en la subestación Gaitán (cola de circuito), sobrecarga en el transformador de potencia en el punto de conexión de la generación no convencional y variación de tensión considerable en la segunda hora pico de demanda. Como conclusión principal se establece que el factor más importante en la implementación de generación fotovoltaica a gran escala es la regulación de voltaje por parte del generador, por tanto, la coordinación entre el generador y el Operador de Red (OR) al ejecutar maniobras para mitigar los efectos en la tensión debido a la generación con fuentes no convencionales debe estar definida en un manual de operación aprobado por las partes, para coordinar la inyección o consumo de potencia reactiva, teniendo en cuenta la curva de capacidad y minimizando la variación de tensión que sufren los clientes en el nodo de conexión; adicionalmente, la bahía de generación que realiza la regulación de tensión, debe estar en el nivel de tensión más alto de acuerdo a su configuración. Así mismo, se deben tener en cuenta algunos aspectos técnicos, como la inversión de flujos de carga, las protecciones en relés de interruptores, la capacidad de las líneas de transmisión y transformadores de potencia en el nodo de conexión. Por otro lado, se establece cómo la estabilidad de tensión en un sistema de potencia depende principalmente de las características que lo configuran como su matriz de generación energética, robustez del sistema, tipos de demanda industrial, comercial y domiciliaria, en conclusión, el análisis de estabilidad de tensión en el sistema de potencia EMSA, nos muestra cómo al aumentar la matriz energética con fuentes no convencionales aumenta el margen de potencia activa y reactiva que pueden transferir antes de entrar en inestabilidad de tensión.

The purpose of this article is to model a real power system, analyze events that occurred during the entry of distributed generation and carry out a steady-state voltage stability study of the power system of the Electrificadora del Meta (EMSA) using the Digsilent PowerFactory program. The power system to be modeled is made up of nine substations at level four at 115 kV in radial configuration, with an approximate demand of 210 MWh/day, where generation based on inverters has increased with the objective of meeting the demand of the department of the Goal during some time slots, with photovoltaic generation projects approved by the Mining-Energy Planning Unit (UPME). Initially, to model and analyze the system to be evaluated, data available in the PARATEC and HEROPE tools were taken from the the entry of non-conventional generation, finally, the stability study is carried out using the PV and QV curves that limit the demand in the power system, as main results low limits are obtained in reactive power generation to keep the system stable in voltage in the Gaitán substation (circuit tail), overload in the power transformer at the connection point of the non-conventional generation and considerable voltage variation in the second peak demand hour. As a main conclusion, it is established that the most important factor in the implementation of large-scale photovoltaic generation is the voltage regulation by the generator, therefore, the coordination between the generator and the Grid Operator (OR) when executing maneuvers to mitigate The effects on voltage due to generation with non-conventional sources must be defined in an operation manual approved by the parties, to coordinate the injection or consumption of reactive power, taking into account taking into account the capacity curve and minimizing the voltage variation suffered by customers at the connection node; Additionally, the generation bay that performs voltage regulation must be at the highest voltage level according to its configuration. Likewise, some technical aspects must be taken into account, such as the reversal of load flows, the protections in switch relays, the capacity of the transmission lines and power transformers at the connection node. On the other hand, it is established how the voltage stability in a power system depends mainly on the characteristics that configure it such as its energy generation matrix, system robustness, types of industrial, commercial and domestic demand, in conclusion, the analysis of voltage stability in the EMSA power system, shows us how by increasing the energy matrix with non-conventional sources, the margin of active and reactive power that can be transferred increases before entering into voltage instability.