Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del

Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del
sistema / Wind turbine response during the system flexible
operation
Vestas
Bruno Sao Martinho
09 11 2010, BMBSM, V-MED Technology
Resumen
• Control de producción de energía activa y reactiva a
nivel de máquina
• Control de producción de energía activa y reactiva a
nivel de parque
• Power Plant Controller y algunas de sus posibilidades:
ￚ Control de tensión
ￚ Control de frecuencia
• Conclusiones
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Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
Control de activa a nivel de máquina
Regulación de
producción de
energía activa se
hace a través de un
“set point”
Power derating – si
el set-point es mas
bajo que la potencia
nominal del
aerogenerador
Reserva girante
(Curtailment control)
– si la potencia activa
está limitada en toda
la curva de potencia
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Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
Control de reactiva a nivel de máquina
Reactive power control at turbine level
Regulación de
producción o
consumo de reactiva
se puede hacer por
un “set point” o
segundo un factor de
potencia
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Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
Control de reactiva a nivel de máquina
Reactive power control at turbine level
Consignas de
potencia reactiva
cambiando entre 1500 kVAr a 1500
kVAr.
Ramp rate reactiva
para 32000 kVAr/s y
prioridad de reactiva
a activa.
Se puede ver que a
potencia nominal,
para producir 1500
kVAR, tenemos una
perdida de cerca de
800 kW!
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Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
Control de reactiva a nivel de máquina
Reactive power control at turbine level
Los tiempos de respuesta medidos son de 0,95 segundos para que el
aerogenerador cambie de su capacidad total de generación de reactiva
(capacitivo a 1500 kVAr) a totalmente inductivo (-1500 kVAr), o haciendo la
operación inversa:
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Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
Huecos de tensión
Ejemplo de aplicación:
Cuando la tensión baja
de 0.9 pu, los
aerogeneradores
exportan energía
reactiva ayudando a que
la tensión de la red
normalice, mientras el
generador se mantiene
conectado pero sin
exportar energía activa
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Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
Control de activa a nivel de parque
Active power control at park level
El sistema
SCADA recoge
medidas en
tiempo real y
calcula las
consignas a
enviar a los
aerogeneradores
para conseguir el
nivel de potencia
activa deseado
(Referencia) en el
punto de
conexión a RED
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Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
SCADA
Control de activa a nivel de parque
Active power control at park level
El setpoint se puede
enviar manualmente a
todo el parque, o
configurar
automáticamente
para recibir consignas
externas (REE por
ejemplo)
Tiempo de muestreo
típico 5 segundos
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Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
Control de reactiva a nivel de parque
Tasa predeterminada
de rampa es 100
kVAr/s por
aerogenerador pero
se puede configurar
hasta 35 000 kVAr /s
por aerogenerador
Prioridad de Activa vs
Reactiva puede ser
establecida
10 Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
Arquitectura de los
parques eólicos
Tiempo de muestreo es de 100 ms
Protocolo de comunicaciones
desarrollado por Vestas que
permite comunicar rápidamente entre
PPC y el controlador del
aerogenerador
Respuesta determinista
11 Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
Wind Power Plant:
herramientas de control importantes
Control de Potencia Activa (derating) *
Rampa de control de Potencia *
Reserva girante / Spinning reserve *
Control de Frecuencia *
Control de potencia activa y reactiva *
Control de Tensión *
Huecos de tensión (Fault ride-through)
* : Ejemplos con mediciones efectuadas en parques eólicos
12 Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
Power Plant performance
Control de Potencia Activa / Plant active
power control
0.6
0.58
0.56
Power [pu]
0.54
0.52
0.5
0.48
Pref = Pavail × 0.92
0.46
Pref
Pmeas
Ppossible
0.44
0.42
0.4
0
10
20
30
40
Time [s]
13 Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
50
60
Power Plant performance
Rampa de control de Potencia / Plant
active power control
0.8
0.78
Pref
Pmeas
Power [pu]
0.76
0.74
0.72
Pref stepped
0.7
0.76pu 0.66pu
0.68
0.66
0.64
0
10
20
30
Time [s]
14 Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
40
50
Control de Frecuencia
El control de frecuencia es una herramienta que puede
ser configurada para ayudar la frecuencia de la red
ayustando la potencia activa del aerogenerador como
función de la frecuencia de la red
El control de frecuencia no está diseñado para
mantener el aerogenerador conectado, sino para que la
operación del aerogenerador pueda ayudar la red a
mantener una frecuencia estable
15 Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
Control de Frecuencia
El control de frecuencia se puede configurar para limitar la
producción de potencia activa en caso de que la frecuencia de
la red suba por encima de un nivel predefinido
Si la frecuencia de la red sube por encima del valor predefinido, el sistema de control limita la potencia activa de los
aerogeneradores (derating) durante ese periodo.
16 Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
control de Frecuencia
f [Hz]
51.0 Hz
50.0 Hz
P [pu]
0.9 pu
Grid frequency excursions EMULATED
and fed to controller
0.2 pu
17 Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
100s
Power Plant performance
Plant reactive power control
0.15
Reactive Power [PU]
0.1
0.05
0
-0.05
-0.1
Qref
Qmeas
-0.15
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Time [s]
Qref stepped ±0.10pu
1.045
Voltage [PU]
1.04
1.035
1.03
1.025
1.02
1.015
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Time [s]
18 Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
9
10
Power Plant performance
Plant reactive power control
0.04
Reactive Power [PU]
0.03
0.02
Qref
Qmeas
0.01
0
-0.01
Qref = -0.03pu
-0.02
conectando una batería
-0.03
de condensadores de
-0.04
200.8
201
201.2 201.4 201.6 201.8
202
202.2 202.4 202.6 202.8
Time [s]
19 Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
203
0.06pu
Control de Tensión
El control de tensión se realiza a través del control de la
energía reactiva de los aerogeneradores, así como del
equipamiento extra de compensación de fase, si está
disponible
El sistema monitoriza constantemente la tensión en el
punto de acoplamiento del parque eólico, y envía
comandos de control a los aerogeneradores y
equipamientos adicionales de compensación para influir
en el nivel de tensión en dicho punto
20 Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
Power Plant performance
Plant voltage control (slope)
1.042
Vref
Vmeas
1.04
1.038
Voltage [PU]
1.036
1.034
1.032
1.03
1.028
1.026
1.024
1.022
1.02
300
0
305
310
315
320
325
Time [s]
Reactive Power [PU]
-0.01
-0.02
-0.03
-0.04
-0.05
-0.06
0
-0.07
306.5
1
307
307.5
2
308
308.5
Time [s]
21 Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
3
309
309.5
Conclusiones
La respuesta de los aerogeneradores a consignas de potencia activa o reactiva es
muy rápida a través del controlador del aerogenerador
Los parque eólico posibilitan un amplio rango de control de activa y reactiva.
Permiten aplicaciones como derating, rampas de control, control de frecuencia o
tensión
El desafío es que el parque eólico como central productora de energía tenga una
respuesta muy rápida para que tenga una respuesta eficaz. El parque eólico como
central productora puede ayudar a mejorar la performance de la red, así como las
centrales de producción convencionales.
Para suportar el control de frecuencia es necesario un reducción temporal de
potencia activa en cualquier condición.
Los códigos de red deberían estipular los requisitos de los parques eólicos, las
medidas de rendimiento y los formatos de documentación pero no deberían
especificar implementaciones
22 Respuesta de los aerogeneradores en la operación flexible del sistema
Thank you for your attention
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