Sistemas de Protección Virtualizados en Redes con Generación Renovable
La necesidad de un modelo energético más sostenible para reducir la dependencia de los combustibles fósiles y las emisiones de gases de efecto invernadero está cambiando el paradigma de la energía tal y como se conoce hasta ahora. Las grandes centrales de generación convencional, tradicionalmente ba...
| Authors: | , |
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| Format: | master thesis |
| Status: | Published version |
| Publication Date: | 2024 |
| Country: | España |
| Institution: | Universidad de Zaragoza |
| Repository: | Zaguán. Repositorio Digital de la Universidad de Zaragoza |
| OAI Identifier: | oai:zaguan.unizar.es:144908 |
| Online Access: | http://zaguan.unizar.es/record/144908 |
| Access Level: | Open access |
| Keyword: | ingeniería y tecnología eléctricas fuentes no convencionales de energía transmisión y distribución eléctrica |
| Summary: | La necesidad de un modelo energético más sostenible para reducir la dependencia de los combustibles fósiles y las emisiones de gases de efecto invernadero está cambiando el paradigma de la energía tal y como se conoce hasta ahora. Las grandes centrales de generación convencional, tradicionalmente basadas en generadores síncronos, están siendo desplazadas por fuentes de generación distribuida de tipo renovable, tales como la solar o la eólica. Este incremento en el nivel de penetración de generación renovable en la red eléctrica está suponiendo un desafío en términos de calidad, fiabilidad, estabilidad y seguridad de suministro. Entre los desafíos descritos en la literatura se encuentran los asociados a la actuación de los sistemas de protección. <br />Un elevado porcentaje de los generadores renovables conectados a la red lo hacen a través de electrónica de potencia. La respuesta ante faltas de estos generadores difiere de la del generador síncrono convencional tanto en magnitud como en la característica de la corriente de falta. Esta diferencia puede afectar a la actuación de los sistemas de protección actualmente instalados en la red eléctrica, ya que sus algoritmos fueron diseñados basándose en la contribución ante faltas del generador síncrono convencional.<br />Varios estudios describen los desafíos a los que se enfrentan los relés de protección convencionales en escenarios con altos niveles de penetración renovable. Estos estudios muestran que existen funciones de protección que se ven afectadas por la presencia de la generación renovable. Entre estas funciones se encuentra la protección de distancia, cuya mala actuación se debe fundamentalmente a una mala operación del algoritmo de selección de fase en falta, direccional y de cálculo de impedancia. De estos tres algoritmos, el que se ha observado que tiene un mayor impacto en la no actuación de la función de distancia es el selector de fase en falta y es por ello que nos centramos en la operación de este algoritmo durante la tesis.<br />La respuesta ante faltas de los generadores renovables viene descrita en el código de red. En Julio de 2020 se publica la orden TED/749/2020 donde se exige a los generadores renovables la aportación de corriente desequilibrada ante faltas desequilibradas. Ante este nuevo escenario surge la necesidad de verificar si estos nuevos requisitos solucionan el problema de actuación de los sistemas de protección cuando reciben una contribución de corriente de falta 100% renovable. En especial, se ha evaluado el comportamiento del selector de fase en falta, clave para la correcta operación de la función de distancia.<br />Por otra parte, la rápida evolución del sistema eléctrico de potencia hace que surja la necesidad de mejorar los algoritmos de protección actuales o crear otros nuevos para mantener la seguridad y confiabilidad de la red mientras se produce dicha evolución. Actualmente, para validar nuevos algoritmos, estos deben implementarse en relés de protección comerciales. Sin embargo, esta implementación está condicionada por los fabricantes de protección, limitando el ensayo y verificación de las soluciones propuestas a las herramientas de simulación. Por tanto, es necesario disponer de herramientas que permitan probar nuevos conceptos de algoritmos de manera ágil antes de su implementación en un entorno real. <br />El desarrollo de los sistemas de comunicación y el auge del IEC 61850 ha traído nuevas oportunidades en el desarrollo de plataformas de cálculo de alto rendimiento que permiten realizar tareas de control, protección, monitorización y comunicación de manera centralizada (Centralized Protection and Control CPC). Estas plataformas centralizadas brindan nuevas posibilidades para desarrollar y mejorar los algoritmos de protección. Entre las topologías de CPC se encuentran las plataformas virtualizadas basadas en software. Durante el desarrollo de esta tesis se ha empleado una CPC basada en este tipo de topología y que utiliza microservicios contenerizados. <br />Para que una CPC pueda operar, es necesario disponer de información fiable del estado de la red en los tiempos requeridos por los servicios de control y protección. Por ello, en esta tesis se ha implementado y validado un módulo de procesado analógico basado en software, que a partir de la información proporcionada por las Merging Units (MU) es capaz de extraer la información requerida por los servicios de control y protección disponibles en la plataforma. <br />Una vez se dispone del módulo de procesado analógico, se pueden desarrollar e implementar microservicios de protección en dicha plataforma CPC basada en software. <br />Por todo lo anterior, en esta tesis se ha realizado el análisis de la respuesta ante falta de los generadores renovables conectados a red a través de electrónica de potencia teniendo en cuenta los nuevos requisitos definidos en el código de red español. Una vez analizados, se evalúa su influencia en el comportamiento de las protecciones y del selector de fase en falta. Se propone un algoritmo de selección de fase en falta adecuado para este nuevo escenario y se desarrollan soluciones de protección y control adaptadas para las nuevas subestaciones digitales.<br /> |
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