Herramientas computacionales para el diseño y evaluación de

sistemas eléctricos con generación fotovoltaica

Miguel TorresInvestigador Postdoctoral

Línea 2

Contenido

• Introducción

• Integración de ERNC a sistemas de potencia

•Herramientas disponibles

•Ejemplo de aplicación HIL

Introducción

Motivación

• Los grandes parques de ERNC ya se están construyendo, y conectando tanto en el SIC como en el SING.

•Ejemplo: Parque solar fotovoltaico Llano de Llampos de 100 MW.

Planta Llano de Llampos (SIC)Chile – Copiapó

Vista satelital

• Ubicada a 1150 msnm• 280 hectáreas• 314 640 paneles• 325 Wp/panel• Capacidad 100 MWp• Conectada al SIC el

16/02/14 (220 kV)• 92 MWp efectivos• Operación silenciosa• Seguimiento en un

eje• Limpieza manual

(constantemente)

Vista planta real

Subsistemas de la plantaCentral DC 360 – 23 kV

• 3 conv por secundario• cada conv es de 250 kW• total de 250x6 = 1,5 MW

por central• hay MPPT según manual

Desafíos que impone la integración de parques ERNC a los sistemas de potencia

Planificación:

•Variaciones intra-horarias en la generación (difíciles de diagnosticar).

• Incertidumbre en la generación prevista.

•Gradientes elevados de generación.

Operación:

•Nulo aporte de inercia al sistema (CPF).

•Menor aporte ante bajadas de tensión.

Variaciones intra-horarias en la generación y gradientes elevados de generación

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

10.0

60.4

73.674.773.673.173.574.274.9

69.0

35.1

0.4 0.0 0.0 0.0 0.00.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

PO

TEN

CIA

[M

W]

Despacho Diario Cental Solar PV Llano de Llampos - SIC

Estabilidad

Respuesta inercial y CPF

13

Herramientas disponibles

Laboratorio de Control Digital Aplicado

•Más de 10 años de trayectoria•Diversos proyectos fondecyt• Estudiantes de doctorado, magíster y pregrado.• Control de convertidores• Estudio de nuevas topologías de conversión•Diseño placas electrónicas•Aplicaciones en energía solar

Laboratorio de Calidad de Suministro Eléctrico

•Más de 10 años de trayectoria•Diversos proyectos fondecyt• Estudiantes de doctorado, magíster y pregrado.• Investigación en sistemas de potencia y problemas

de calidad de suministro.•Asistencia técnica a la industria: estudios y

mediciones•Digsilent, Analizadores de red, equipos de

medición.

Laboratorio de Sistemas y Energía

•Nuevas instalaciones (96 m2)• Fondequip: 230 millones

• Simulador Tiempo-Real• Bienes de capital SERC: 50 mill.

• Emuladores FV•Amplificador de potencia

•Otro financ.: 15 millones• Infraestructura

Emuladores FV (3 unid.)

• 2.6 kW• 600 V/4.3 A• Múltiples perfiles FV

Ej.: inversor FV conectado a la red(Material obtenido de Tesis de Magíster de Gustavo Hunter, UdeC)

Simulador en tiempo-real OPAL-RT

Sistema OPAL-RT

• SIL• Simulación completamente digital.• No hay sincronización con el exterior.• Permite acelerar tiempos de prueba.

• RCP• Desarrollo de sistemas de control.• Simulador controla planta real.• Permite mayor flexibilidad en diseño y

depuración de algoritmos.

• HIL• Controlador real se conecta a planta

simulada en tiempo real.• Flexibilidad en pruebas.• Repetitividad de tests.• Prueba de eventos extremos.

• PHIL• Simulador conectado a amplificador de

potencia.• Prueba de equipos/prototipos de potencia.

Amplificador de potencia Triphase

Emulación Red Eléctrica

CHB

Emu. FV

AmplificadorPotencia

Planta FV

TarjetaControl

+Sensores

Emu. FV

Emu. FV

TarjetaControl

HIL PHIL

Setup

23

Sólo algoritmode control

Ejemplo:Hardware-In-the-LoopMaquina Sincrónica Virtual para dotar de inercia a plantas FV

Contexto

• Desviaciones de frecuencia son limitadas en primerainstancia por la inercia de las máquinas y luego actúa el CPF.

• Plantas FV son generadores no rotatorios que no aportan inercia al Sistema. Cuando reemplazan a un generador convencional pérdida de inercia y control de frecuencia.

• MSV permite que la planta FV apoye el CPF mediante la emulación de inercia y motor primario.

25

Concepto MSV

* Imagen obtenida de “Potentialities of the Virtual Synchronous Machine(VISMA) to improve the quality of the electrical grid”

SSG (FACTS Terms & Def. Task Force IEEE, 1997)

VSM, VSG, VSYNCH, SYNCHRONVERTER, MSV

26

MSV para control dinámico de frecuencia

27

Inertial response Damping power

0.96

0.97

0.98

0.99

Time (s)

0.5 1 1.5 2.5 3

1 kg∙m2

Variable inertia 3 kg∙m2

Emulación Red Eléctrica

TarjetaControl

AlgoritmoMSV

f

Pref

Setup laboratorio

29

df

dt

f