Regulación de frecuencia en sistemas eléctricos que integran fuentes de energía eólica mediante un controlador pi y emulación inercial

Frequency regulation in power systems that integrate wind energy sources through a pi controller and inertial emulation

Este artículo se deriva de la investigación "Multilevel Control for Microgrids Dispatch Considering Stability Issues through mpc -based Frequency Regulation" realizada en la Universidad Nacional de Colombia durante 2016 y el primer semestre de 2017. Presenta el estudio y análisis de un esquema de control de regulación de frecuencia implementado en un sistema de potencia que integra fuentes de energía renovable (res). El objetivo es mejorar la confiabilidad y estabilidad de la red frente a perturbaciones típicas de las energías renovables. Inicialmente se simuló la respuesta dinámica del sistema de potencia ante perturbaciones súbitas y cambio continuo para observar las desviaciones de frecuencia. También se implementó el bloque de control en el lazo de potencia adicional para emular la inercia y, así, ralentizar la respuesta del sistema. Posteriormente, se optimizaron los parámetros de control mediante algoritmos heurísticos de optimización para minimizar el error de la señal de frecuencia. Resultados: Utilizando la optimización heurística de los parámetros de control proporcional integral (pi), se verificó que existe una reducción de más del 79 % en el error máximo de desviación de frecuencia respecto a la respuesta en lazo abierto, y de más del 43 % respecto al control pi con ganancias referenciales. Al implementar el lazo de potencia adicional con control pi, se encontró una disminución en el error de desviación de frecuencia con respecto a las simulaciones en lazo abierto, debido al lazo de potencia adicional.

1. INTRODUCCIÓN

El interés por las energías renovables (ʀᴇꜱ) se debe a que representan una alternativa real para disminuir la dependencia de fuentes de energía tradicionales (petróleo, gas, carbón, etc.), generan protección contra el cambio climático y contribuyen con la diversificación energética de la creciente demanda. Estos argumentos en favor de las energías renovables han despertado el interés de expertos en los ámbitos mundial y nacional por investigar los cambios que pueden generar en la red convencional, en términos de confiabilidad, calidad y seguridad del sistema.

A diferencia de muchos países en el mundo, Colombia cuenta con una matriz energética que produce un potencial de aprovechamiento a partir de fuentes renovables tradicionales, gracias a su riqueza en fuentes hídricas en gran parte de su territorio [1]. Se considera que la capacidad instalada es cercana a los 15.645 ᴍᴡ, de los cuales el 66,6 % del sistema de generación se realiza en centrales hidroeléctricas; el 28,8 %, en generación con plantas térmicas fósiles, y el restante, con cogeneradores, biomasa y turbinas eólicas (figura 1) [1].

En un estudio realizado por la Unidad de Planeación Minero Energética (ᴜᴘᴍᴇ) en junio del 2015 sobre las energías renovables no convencionales en Colombia [2], se consideraron las proyecciones indicativas sobre el potencial de generación.