Andrés Arturo Romero Quete Instituto de Energía Eléctrica Universidad Nacional de San Juan

1. Calidad del Producto Técnico ante el Ingreso de Generación de Energía Eléctrica con Recurso Renovable Andrés Arturo Romero Quete Instituto de Energía Eléctrica Universidad Nacional de San Juan Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas

2. Suministro de Energía Eléctrica: • en cantidad suficiente en tiempo y lugar, • con la calidad y confiabilidad adecuada, • al menor costo posible, y • minimizando la contaminación ambiental

3. Red Eléctrica Inteligente: (según European Smart Grid Task Force) Integra eficientemente el comportamiento y las acciones de todos los agentes conectados – generadores, consumidores y generadores-consumidores – para asegurar la eficiencia económica, un SSEE sostenible, con bajas perdidas, alta calidad y seguridad en el suministro

4. Producción Mundial de Electricidad (2005 vs 2011) 2005: 9.945,0 TWh Hidráulica Otras 2011: 10.261,3 TWh Térmica Nuclear

5. Producción Mundial de Electricidad (2005 - 2011) 83,5 186,8

6. Generación de Energía Eléctrica con Recursos Renovables

7. Conexión a la Red de Suministro de Energía Eléctrica No Almacenable Almacenable

8. Problemas para la Calidad del Producto Eléctrico • Recurso primario no almacenable: • Fluctuaciones de tensión • Variaciones de frecuencia. • Necesidad de convertidores electrónicos de potencia: • Armónicos • Inter – armónicos • Conexión y desconexión de generación: • Sags y Swells

9. ¿Que son? • Fluctuaciones de tensión • Variaciones de frecuencia. • Armónicos • Inter – armónicos • Sags y Swells Rta: Perturbaciones Electromagnéticas

10. Calidad del Producto Eléctrico Mundo perfecto: • Suministro de energía eléctrica siempre disponible • Valores de magnitud y frecuencia de la tensión corresponden a los nominales • La forma de onda es una sinusoidal perfecta.

11. Calidad del Producto Eléctrico Mundo real: • X Interrupciones de Suministro, • X La magnitud y la frecuencia se desvían de los valores nominales, • X La forma de onda es distorsionada

12. Calidad del Producto Eléctrico • Desviación de los valores de frecuencia y magnitud, y de la forma onda con respecto a una señal sinusoidal ideal y de valores nominales Problemas: • X reducción de la eficiencia energética, • X disparos no deseados de las protecciones, • X parpadeo de luminarias, • X sobrecalentamiento de líneas, transformadores, motores, etc.

13. Principales Perturbaciones Asociadas a la Generación de Electricidad con Recursos Renovables Fluctuaciones de Tensión Variación cíclica de la envolvente de la tensión, o cambios de tensión aleatorios. La magnitud de los cambios normalmente no excede el ±10% mencionado en la norma IEC 38. Efecto: Flicker: caracterizado por Pst y Plt

14. Principales Perturbaciones Asociadas a la Generación de Electricidad con Recursos Renovables Dip (IEC) o Sag (IEEE) • Reducción súbita (entre 10% y 90%) de la tensión en un punto del sistema eléctrico (relacionados con la entrada y salida de generadores)

15. Principales Perturbaciones Asociadas a la Generación de Electricidad con Recursos Renovables Los huecos o muescas de tensión • Transitorios periódicos que ocurren dentro de cada ciclo de la onda de tensión debido al cortocircuito entre dos fases durante el proceso de conmutación de llaves electrónicas

16. i(t) v(t) Zn-l Principales Perturbaciones Asociadas a la Generación de Electricidad con Recursos Renovables Armónicos e Inter-armónicos

17. ¿De que Dependen las Perturbaciones Debidas a la Generación de Electricidad con Recursos Renovables? • Tipo de tecnología • tipo de turbina, tipo de paneles • Características del punto de conexión a la red • potencia de cortocircuito y relación X/R • Diseño de la planta de generación • número de turbinas, número de paneles, opciones de control, etc. • Características locales del recurso primario • Variabilidad del recurso, intensidad de las turbulencias del viento, etc.

18. Tecnología en Generadores Eólicos Tipo A: Turbina de Velocidad Fija “Danish concept” -Rango de control de la velocidad: 0% de la velocidad sincrónica Tipo B: Turbina de Velocidad Variable, con Resistencia Variable conectada al Rotor de la Máquina de Inducción -Rango de control de la velocidad: ±10% de la velocidad sincrónica -Perdidas en la resistencia

19. Principales Tipos de Generadores Eólicos Tipo C: Turbina de Velocidad Variable, con Convertidor Electrónico Parcial, con Máquina de Inducción doblemente Alimentada, DFIG -Rango de velocidad: ±30% de la velocidad sincrónica -Perdidas en la electrónica reducidas Tipo D: Turbina de Velocidad Variable, completamente conectada a la Red a través de un Convertidor Electrónico, FPC -Rango de velocidad: 0 - 100% de la velocidad sincrónica -Perdidas en la electrónica de potencia -Elevados costos en la electrónica

20. Penetración en el Mercado de la Generación Eólica de los Distintos Tipos de Turbinas Fuente: Risø National Laboratory, Denmark

21. Propiedades de la Electrónica de Potencia

22. Z(h)filters Principales Tipos de Generadores Eólicos Modelo a Frecuencia Armónica de un Generador con Convertidor bus i Xm(h) Rm(h) Xpfc(h) i(h) 5 7 11 13 17 19 23 25

23. Armónicos debidos a Generadores Eólicos Ejemplo de interacción Armónica en un SSEE

24. Armónicos debidos a Generadores Eólicos Ejemplo de interacción Armónica en un SSEE

25. Tecnologías en Paneles Solares Silicio Amorfo silicio policristalino Silicio mocristalino

26. Distorsión Armónica en una Planta Solar en San Juan

27. Distorsión Armónica en una Planta Solar en San Juan 5ta Armónica en Corriente

28. Distorsión Armónica en una Planta Solar en San Juan Total de Distorsión Armónica en Corriente, TDD

29. Distorsión Armónica en una Planta Solar en San Juan Total de Distorsión Armónica en Tensión, THD

30. Normativa Distorsión Armónica en una Planta Solar

31. Normativa Distorsión Armónica en una Planta Solar IEC 61400-21: Wind turbines – Part 21: Measurement and assessment of power quality characteristics of grid connected wind turbines

32. Normativa para la Conexión de Generación Distribuida

33. Normativa para la Conexión de Parques Eólicos

34. Normativa para la Conexión de Parques Eólicos

35. Conclusiones • La generación de energía eléctrica con recursos renovables es cada vez mas importante dentro de la matriz energética mundial, y la capacidad instalada viene creciendo sostenidamente • En el pasado, la emisión de perturbaciones electromagnéticas estaba principalmente relacionada con las cargas que se conectaban en el SSEE y con eventos externos al mismo. Sin embargo, en los sistemas modernos las perturbaciones también se vinculan con la actividad de generación. • En particular, la generación eólica y solar comparten la característica de que el recurso energético primario no es almacenable, característica que da lugar a problemas de calidad del producto eléctrico.

36. Conclusiones • La principales perturbaciones relacionadas con estos tipos de generación son: fluctuaciones de tensión (flicker) y variaciones de frecuencia, armónicos, huecos de tensión y muescas de tensión. • Los avances en electrónica de potencia han permitido mitigar algunos de estos problemas de calidad, en especial los relacionados con fluctuaciones de tensión y de frecuencia. Sin embargo, estos dispositivos introducen problemas de armónicos e inter-armónicos (al ser los inversores y convertidores dispositivos no lineales) • Ante un panorama de mayor expansión en la generación de energía eléctrica con este tipo de tecnologías, se hace necesario realizar estudios específicos de impacto ante la penetración masiva de generadores eólicos y plantas fotovoltaicas en los SSEE.

37. Conclusiones • Tales estudios incluyen: • - análisis de flujo de carga, estabilidad y seguridad, • estudios de máxima emisión de flicker ante turbulencias del viento, • análisis de caídas de tensión ante la conexión y desconexión de turbinas eólicas, • análisis de flujos de cargas armónicas para distintas configuraciones del sistema y ante la variabilidad de los recursos primarios, etc. • Los anteriores estudios son necesarios para identificar y prever problemas del calidad del producto eléctrico, y definir las soluciones adecuadas.

38. Gracias por su atención Andrés Arturo Romero Quete Instituto de Energía Eléctrica Universidad Nacional de San Juan Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas