Nuevo enfoque de dimensionamiento de baterías para generadores síncronos virtuales e inversores de formación de red basados ​​en control

Fuente: https://www.pv-magazine.com

Un grupo de investigadores de Australia ha diseñado una nueva metodología para determinar la potencia nominal mínima de los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) utilizados para la respuesta de emergencia a frecuencias bajas. El tamaño del ESS debe calcularse para mantener la frecuencia dentro del rango operativo estándar.

Un grupo de investigadores de la Universidad Edith Cowan en Australia ha propuesto una nueva metodología para determinar el tamaño óptimo de grandes sistemas de almacenamiento de energía (ESS) conectados a inversores planificados para responder a emergencias de baja frecuencia.

“Ofrecer la respuesta necesaria con una capacidad mínima de ESS es ventajoso para la planificación del sistema eléctrico y el funcionamiento de una flota de unidades ESS parcialmente descargadas”, dijeron los científicos, y señalaron que la solución propuesta también es factible a bajo costo. “Características como el tiempo de subida, el sobreimpulso y el tiempo de estabilización de la respuesta de potencia activa se pueden controlar ajustando parámetros específicos”.

En el artículo “ Optimización de inversores formadores de red para prevenir el desprendimiento de carga por subfrecuencia con un almacenamiento mínimo de energía ”, publicado en el Journal of Energy Storage , los investigadores explicaron que la capacidad de potencia activa del ESS se puede utilizar para minimizar los esquemas de desprendimiento de carga por subfrecuencia (UFLS), que generalmente se activan durante eventos de baja frecuencia, eliminando cargas predeterminadas para evitar más caídas de frecuencia.

“Dado que los eventos de baja frecuencia son poco frecuentes, algunos operadores de sistemas de transmisión no necesitan mantener un margen de maniobra para hacer frente a grandes perturbaciones”, afirmó el equipo de investigación. “Por lo tanto, el uso de ESS para la respuesta de emergencia ante subfrecuencias es una opción rentable. Además, ofrecer la respuesta necesaria con una capacidad mínima de ESS es ventajoso para la planificación del sistema eléctrico y la operación de una flota de unidades ESS parcialmente descargadas”.

Los académicos explicaron también que la novedad de su trabajo consistió en determinar la potencia mínima nominal de una batería tanto para generadores síncronos virtuales (VSG) como para inversores de red basados ​​en control de caída de voltaje (GFM). El tamaño del ESS, especificaron, debe calcularse para mantener la frecuencia dentro del rango operativo estándar.

“El tamaño del ESS está optimizado para evitar el desprendimiento de carga por baja frecuencia después de un disparo de un generador grande al mantener la frecuencia dentro del estándar de operación de frecuencia (FoS)”, también enfatizaron. “El cálculo de los parámetros de control y la determinación del tamaño del ESS considera la duración de múltiples pasos y los umbrales proporcionados por el FoS. Los ajustes de protección UFLS están diseñados en función del FoS y el dimensionamiento del ESS para lograr una frecuencia fija no proporcionará el tamaño óptimo del ESS”.

El enfoque propuesto se basa en un algoritmo de escalada de colinas, que es una técnica clásica de optimización en inteligencia artificial que se inspira en la escalada a la cima de una montaña. Funciona aumentando el valor de elevación para encontrar la cima de la montaña o la mejor solución a un problema determinado. Termina cuando alcanza un valor pico donde ningún vecino tiene un valor más alto.

El grupo investigó un estudio de caso de un sistema de energía implementado a través del software DIgSilent PowerFactory.

La simulación mostró que, en el caso de los inversores GFM, una disminución del coeficiente de caída de potencia activa aumenta la potencia de salida activa. Sin embargo, este aumento está limitado por las limitaciones de los inversores actuales. Como resultado, los científicos sugieren mantener el coeficiente de caída de potencia activa en un valor que pueda evitar la inestabilidad resultante de las limitaciones de los inversores y, al mismo tiempo, maximizar la potencia de salida activa.

En cuanto a los VSG, sugirieron mantener la aceleración constante, lo que supuestamente puede lograr un equilibrio entre la tasa de cambio de frecuencia (RoCoF) y las oscilaciones de potencia. Observaron que la constante de tiempo de aceleración del controlador VSG es proporcional a la inercia y que aumentarla mejora la inercia.

“En el caso considerado en este estudio, la potencia mínima de almacenamiento de energía para el control del generador síncrono virtual es de 85 MVA, mientras que para el control de caída de voltaje, la capacidad mínima de almacenamiento es de 89 MVA”, concluyeron los científicos. “Los resultados de este estudio deberían ser útiles para que los planificadores de sistemas eléctricos aprovechen mejor las capacidades de los sistemas de almacenamiento de energía”.