Estabilidad en sistemas eólicos

UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID

TESIS DOCTORAL Estabilidad y Amortiguamiento de Oscilaciones en Sistemas Eléctricos con Alta Penetración Eólica.

Autor:

Carlos Fabián Gallardo Quingatuña
Director:

Dr. Pablo Ledesma Larrea

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y AUTOMÁTICA.

Leganés/Getafe, Julio 2009

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TESIS DOCTORAL

ESTABILIDAD Y AMORTIGUAMIENTO DEOSCILACIONES EN SISTEMAS ELÉCTRICOS CON ALTA PENETRACIÓN EÓLICA

Autor: Director:

(Carlos Gallardo Quingatuña) (Pablo Ledesma Larrea)

Firma del Tribunal Calificador: Firma Presidente: Vocal: Vocal: Vocal: Secretario: (Julio Usaola García) (Nombre y apellidos) (Nombre y apellidos) (Nombre y apellidos) (Edgardo Castronuovo)

Calificación:

Leganés/Getafe,

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ivAgradecimientos Quisiera agradecer a numerosas personas quienes me han ayudando en una u otra forma en el desarrollo de esta tesis doctoral: A mi director Pablo Ledesma Larrea por sus valiosos consejos durante todo el desarrollo de esta tesis, su valiosa ayuda con el software PSS/E, su paciencia en la revisión de la escritura de la tesis y principalmente por ser más que mi director de tesis, mi amigo ypor haber creído en mi para la realización de este trabajo. A Francisco Rodríguez-Bobada y Sergio Martínez de Red Eléctrica de España por preparar el caso para el capítulo 6. A Víctor Hugo Hinojosa por su valiosa ayuda con redes neuronales artificiales. A mis padres Luis y María, por su confianza y comprensión durante estos cuatro años de trabajo. A mis hermanos por su apoyo incondicional ysoporte. Finalmente, quisiera agradecer a mis colegas del departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Carlos III de Madrid.

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Resumen Este documento constituye la tesis doctoral del doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática de la Universidad Carlos III de Madrid. El trabajo presentado se centra en el análisis de las oscilaciones electromecánicas en sistemas conelevada penetración de energía eólica, y la propuesta de métodos de control en aerogeneradores de velocidad variable que atenúen dichas oscilaciones. Además de los capítulos previos de introducción, revisión bibliográfica y descripción de modelos, este trabajo contiene tres partes principales. En la primera parte, desarrollada en el capítulo 4, se propone un procedimiento de análisis de pequeñaseñal y amortiguación de oscilaciones a un sistema eléctrico con parques eólicos utilizando redes neuronales artificiales. El estudio abordado consiste en la búsqueda de un punto de operación estable a partir de un sistema inestable o con modos de oscilación poco amortiguados. El sistema analizado es la red de New England, al que se ha añadido un porcentaje significativo de generación eólica. Elproceso consiste en aplicar pequeños cambios sucesivos a ciertos parámetros del sistema, y tiene como objetivo modificar el punto de operación para desplazar hacia la izquierda en el plano complejo los autovalores con parte real positiva o casi nula. Los parámetros sobre los que se actúa en este trabajo son el redespacho de generación y la tensión en los nudos. La segunda y tercera parte del trabajo,desarrolladas en los capítulos 5 y 6 proponen un sistema de control de potencia activa aplicable a los aerogeneradores de velocidad variable, al que se ha denominado en este documento estabilizador eólico de sistemas eléctricos. El interés de este control viene motivado porque, aunque en la actualidad los estabilizadores de potencia son la solución más efectiva y económica para proveer deamortiguamiento adicional al sistema, la alta penetración de energía eólica en el sistema puede provocar que estos dispositivos no sean capaces de aportar el amortiguamiento requerido. Por ejemplo, por encontrarse fuera de servicio los generadores en los cuales se ha instalado este dispositivo, o por reducción de su potencia debido al ingreso de generación eólica. El control propuesto en este trabajo...