En este artículo exploraremos a través de un ejemplo los cinco pasos a seguir para asegurar el cumplimiento de los requisitos de potencia reactiva que aplicarán una vez entre en vigor el nuevo P.O.12.2 [1]. Éste se encuentra actualmente en fase de borrador, para ser aprobado previsiblemente en abril, y es el documento que desarrolla para España el código europeo de conexión de generación a red (Reglamento (UE) 631/2016 [2]). Además los requisitos del nuevo P.O. 12.2 se evaluarán teniendo en cuenta la norma técnica de supervisión de conformidad de los módulos de generación de electricidad [3], que también sigue en estado de borrador.
El estudio de capacidad de reactiva en régimen estacionario está definido por las dos gráficas de la Figura 1, a potencia máxima (Pmax) (b) y a potencia por debajo de Pmax (c). El módulo de parque eléctrico debe de ser capaz de operar en la totalidad de los polígonos definidos por la Figura 1 en el punto de conexión a red (PCR). Los límites de reactiva de la Figura 1 (c) en las proximidades de Pmax igual a 1 pu deberían de coincidir con los establecidos en la Figura 1 (b). Sin embargo estos no coinciden totalmente ya que dependen a su vez de la tensión en el PCR. Esta aparente discrepancia parece indicar que en realidad estas dos figuras son proyecciones sobre plano de un volumen tridimensional como el de la Figura 1 (a). Esta interpretación volumétrica matizaría la aplicación de la Figura 1 (c) e implicaría que para su análisis debiera tenerse en cuenta la tensión del PCR como veremos en los apartados siguientes.
Figura 1: Requisitos de reactiva en régimen estacionario a capacidad máxima (Pmax) y por debajo de Pmax en función de la tensión en el punto de conexión a red (PCR).
Paso 1: Determinación del tipo de planta
Consideramos una planta solar fotovoltaica de 100 MW de potencia instalada de inversores y 130 MW pico de paneles, conectada a la red de transporte de 220 kV a través de tres subestaciones transformadoras cuyos ratios son respectivamente de 220 kV/132 kV, 132 kV/33 kV y 33 kV/0.69 kV. Atendiendo a lo dispuesto en el borrador del P.O.12.2, ésta planta constituye un módulo de parque eléctrico fotovoltaico de tipo D, dado que su punto de conexión está por encima de 110 kV y su potencia por encima de 50 MW. La satisfacción de al menos una de las condiciones anteriores es suficiente para que el módulo de parque eléctrico sea considerado tipo D.
El nuevo código de red requerirá a las plantas tipo D ciertas capacidades asociadas a la gestión de la potencia reactiva. Para amenizar el paso por dichas capacidades realizaremos un ejemplo del estudio de cumplimiento del nuevo código de red.
Paso 2: Reticulación y modelado de la planta
El primer paso del estudio consiste en el modelado detallado de la reticulación del parque y en la subsiguiente obtención del modelo agregado equivalente del mismo en el punto de conexión a red. Como se ve en la Figura 2 se agregan los elementos del mismo tipo reteniendo sus capacidades y elementos de control como son los cambiadores de tomas en los trafos.
Figura 2: Reticulación de la planta y modelo equivalente en PSS/E (punto de conexión a 220kV)
Paso 3: Estudio a carga máxima
En el estudio a máxima capacidad (Pmax) se fija la potencia máxima en el punto de conexión y se simulan los flujos de carga barriendo el rango de potencia reactiva a cada una de las tensiones indicadas como se aprecia en la Figura 3. Nótese que en plantas conectadas por debajo de 300 kV, como es el caso, las tensiones extremas son 1.1 y 0.9 pu. En este caso la planta es capaz de cumplir el requisito establecido por el código sin problema.
Figura 3: Diagrama U-Q/Pmax del parque solar bajo estudio.
Paso 4: Estudio a carga parcial
El estudio de potencia reactiva por debajo de Pmax es análogo al anterior, pero haciendo un barrido de potencias desde 0 a Pmax. Del borrador del P.O.12.2 se extrae que esta operación debe realizarse entre 0.9 y 1.1 pu de tensión, aunque es algo que deberá resolverse una vez el ahora borrador sea un texto definitivo. A modo de ejemplo, y tal como se puede apreciar en la Figura 3, la planta cumple con los requisitos de red a potencia menor que Pmax para v=1 pu.
Figura 4: Perfil P/Pmax-Q/Pmax del parque solar bajo estudio (v=1 pu).
Paso 5: Conclusiones y definición de acciones correctoras
¿Y qué hubiera ocurrido en caso de que la planta no hubiera cumplido con los requisitos del código? En tal caso habría que diseñar acciones que le permitieran cumplirlo, de otro modo podría verse comprometido o demorado su conexión a red.
En el caso de esta planta, si el incumplimiento del código de red estuviera asociado a la potencia reactiva, algunas soluciones tales como añadir una batería de condensadores o un Statcom podrían haber resuelto el problema. Si por el contrario el incumplimiento estuviera asociado a la potencia activa, las soluciones posibles pasarían por incrementar el número de inversores, incrementando el ratio P/Pmax, aumentar la tensión en bornas del inversor mediante el control del ratio de alguno de los transformadores que se encuentran entre el PCR y el inversor o en último extremo por reducir la Pmax declarada de la instalación limitando así su producción.
Sin duda, la elección de la solución óptima para este caso condicionará la rentabilidad final del proyecto, ya que puede requerir notables inversiones o limitar su producción, y es importante contar con el conocimiento de los códigos de red y las herramientas de simulación que nos aseguren que estamos yendo por el camino correcto.
En Norvento creemos que la nueva normativa que recoge los requisitos de potencia reactiva en el P.O.12.2 va a influir de forma notable en el dimensionamiento de las nuevas plantas de generación renovable; promotores e ingenierías han de mantenerse vigilantes sobre el texto que finalmente se apruebe si no quieren sorpresas de última hora.
- Instalaciones de generación y de demanda: Requisitos mínimos de diseño, equipamiento, funcionamiento, puesta en servicio y seguridad P.O.12.2. Versión borrador de octubre de 2018.
- Reglamento (UE) 2016/631 de la Comisión, de 14 de abril de 2016, que establece un código de red sobre requisitos de conexión de generadores a la red
- Norma técnica de supervisión de la conformidad de los módulos de generación de electricidad según el Reglamento UE 2016/631. Borrador de Trabajo. Versión 4. Diciembre de 2018.
