Caso de Estudo | Avaliación do requisito 5.7 da NTS

A Norma Técnica de Supervisión (NTS) [1] aprobada o pasado 3 de novembro de 2020 desenvolve os requisitos técnicos, establecidos previamente polo Reglamento UE 2016/631, [2] que as novas plantas de xeración que se conecten á rede eléctrica debe cumprir.

O requisito 5.7, que avalía a capacidade de compensación reactiva á capacidade máxima e por baixo da capacidade máxima, é de especial importancia durante as fases iniciais de deseño da instalación de xeración. O seu incumprimento puidese derivar nun  derating da capacidade máxima declarada pola planta (P_MAX potencia activa máxima que pode inxectar á rede un Módulo de Xeración de Electricidade) ou na necesidade de incluír equipos de compensación de reactiva como bancos de condensadores ou STATCOMs, ou outros cambios no deseño da planta.

No caso de que existan instalacións compartidas por varias plantas de xeración, dadas as dificultades que poden darse nalgúns casos para coñecer o detalle das instalacións compartidas ata o Punto de Conexión a Rede (PCR), a NTS contempla dous métodos para avaliar este requisito: un modelado completo (avaliando o requisito no PCR) ou un modelado alternativo (avaliando o requisito en Barras de central, BC). En ambos os casos, faise uso de xeradores ficticios para simular o efecto dos outros MGEs que comparten instalacións ata o PCR.

No caso do modelado alternativo, o rango esixido de capacidade de reactiva en BC é maior para compensar o efecto non modelado dos transformadores e liñas ata o PCR, xa que o obxectivo final é garantir o cumprimento no PCR, facendo unha aproximación xenérica dos consumos de reactiva das instalacións de ligazón.

Con todo, neste post analizamos a través de dous exemplos, que desde o punto de vista do titular da instalación, é moi conveniente analizar para cada caso que tipo de modelado pode ser máis favorable, pois os resultados poden variar de forma bastante significativa.

Na NTS distínguense dous tipos de casos para instalacións compartidas dependendo de onde se sitúe o BC. O exemplo deste post corresponde ao tipo A ao estar BC situado no lado de alta do transformador elevador do MGE (Figura 1).

Figura 1 | Esquema exemplo indicativo da ubicación de BC (Caso A e Caso B)

Exemplo 1 | Línea de evacuación compartida

Neste exemplo, a planta de xeración está formada por 6 investidores (21.78 MW de potencia instalada) cos seus respectivos transformadores elevadores de UGE (30/0.66 kV), un transformador elevador de MGE (400/30 kV) con cambiador de tomas en carga (OLTC) e a liña de evacuación, sendo esta compartida por outra planta idéntica representada en cor azul (Figura 2). A potencia de acceso en PCR (PMAX) é de 21 MW.

Figura 2 | Diagrama unifilar do sistema en avaliación (Exemplo 1)

Como se explicou antes, neste caso pódense optar por dous modelados distintos (Figura 3 e Figura 4) e a cada un aplicaranlle requisitos diferentes: no caso do modelado alternativo ata BC, o rango de potencia reactiva esixido é máis amplo para compensar o efecto dos elementos non modelados ata o PCR.

Figura 3 | Modelado completo para o sistema do Exemplo 1

Figura 4 | Modelado alternativo para o sistema do Exemplo 1

Para simular todo o rango de requirimento de potencia reactiva da planta no PCR (ou en BC) que se especifica en [1], calcúlanse fluxos de potencia realizando unha varredura por todos os niveis de xeración de potencia activa entre 0 e P_MAX, tanto para a tensión nominal, como para os valores mínimo e máximo no PCR (0.95 e 1.05 p.ou.). Así mesmo, realízase outra varredura polo rango de tensións admisibles no PCR á potencia máxima da planta. En todos os fluxos de carga, a saída de potencia reactiva do investidor é a máxima posible acorde coas súas curvas QP de traballo e as tomas dos transformadores sitúanse na posición optima para favorecer a máxima capacidade de reactiva respectando os límites de tensión en todas as barras da planta. Deste xeito, a incapacidade da planta para operar nun nivel de xeración/consumo de potencia reactiva igual ou superior ao delimitado polas curvas dos requisitos denota un incumprimento.

En primeiro lugar, móstranse os resultados sen equipos de compensación de reactiva para a P_MAX obxectivo de 21MW (Táboa 1). Nas gráficas pódese observar que a planta non podería certificar o cumprimento do requisito xa que en varios puntos de operaciín atópanse dentro da área delimitada polos requisitos.

Táboa 1 | Exemplo 1: Avaliación do requisito 5.7 para o modelado completo e o modelado alternativo (derating=0%)

A continuación, calcúlase o derating mínimo de P_MAX en cada caso co fin de que a planta cumpra cos requisitos que lle son de aplicación. Como se pode observar nos resultados presentados na Táboa 2, este valor é superior no caso do modelado alternativo xa que neste caso o maior rango esixido en BC penaliza máis que o consumo de reactiva non modelado dos elementos ata o PCR.

Táboa 2 | Exemplo 1: Avalicación do requisito 5.7 para o modelado completo e o modelado alternativo

Exemplo 2 | Línea de evacuación e transformador elevador compartidos

Neste caso, a planta de xeración é a mesma que no Exemplo 1 ata a rede colectora, pero está conectada a través dun transformador elevador con OLTC de MGE (132/30 kV) a un transformador de 400/132 kV e a liña de evacuación, sendo estes dous últimos elementos compartidos por outra planta idéntica representada en cor azul (Figura 5).

Figura 5 | Diagrama unifilar do sistema en avaliación (Exemplo 2)

Do mesmo xeito que no Exemplo 1, pódese optar por un modelado completo (Figura 6) ou un modelado alternativo (idéntico ao do Exemplo 1, Figura 4). Debido á presenza do transformador elevador compartido é necesario incluír un MGE ficticio no lado de baixa deste cunha potencia igual a  (Exemplo II de [1]).

Figura 6 | Modelado completo para o sistema do Exemplo 2

De novo, móstranse os resultados no caso de non aplicar ningún tipo de derating á P_MAX da planta (Táboa 3) e, do mesmo xeito que no Exemplo 1, con ambos modelos incúmprense os requisitos.

Táboa 3 | Exemplo 2: Avaliación do requisito 5.7 para o modelado completo e o modelado alternativo (derating=0%)

Neste caso, ao calcular o derating mínimo (Táboa 4) obsérvase que o do modelado alternativo é substancialmente menor ao do completo, xa que non é necesario considerar na análise o transformador elevador de 400/132 kV.

Táboa 4 | Exemplo 2: Avaliación do requisito 5.7 para o modelado completo e o modelado alternativo

Equipos de compensación reactiva

Por último, calcúlanse capacidades necesarias en equipos de compensación de potencia reactiva co obxectivo de evitar o derating da planta, á vez que se cumpre coas condicións impostas polo requisito 5.7. Devanditos equipos, instalados en BC, deben contar cun control dinámico adecuado para cumprir co requisito 5.8 de modos de control de potencia reactiva [1]:

Pode observarse que, segundo cada caso, dependendo do esquema de conexión ata o PCR, un modelado ou outro impoñerá unha maior esixencia.

Conclusións

O exemplo presentado neste post  mostra a importancia á hora de decidir onde avaliar o requisito 5.7 de a NTS, ben no PCR a través dun modelado completo ou ben en BC mediante un modelado alternativo. En ambos os casos pódense obter resultados diferentes con consecuencias económicas para o proxecto de MGE, xa sexa pola perda de ingresos ao reducir PMAX ou polo custo de instalar equipos de compensación de reactiva de maior tamaño.

Dende o equipo de Estudos de Rede de Norvento, entre outros estudos de enseñería para o deseño de plantas de xeración renovables, ofrecemos asesoría técnica aos nosos clientes na búsqueda da solución máis rentable para cumprir os requisitos dos Códigos de Rede dende a fase inicial de deseño.

Referencias

• 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.