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COMISION DE INTEGRACION ENERGÉTICA REGIONAL
                                          COMITE NACIONAL: Costa Rica
                                                Código: (No llenar)
                              III CONGRESO CIER DE LA ENERGÍA –CONCIER 2007
                       ABASTECIMIENTO ENERGÉTICO REGIONAL – RETOS Y PERSPECTIVAS
.                                    –Medellín, 27-30 de Noviembre de 2007


    TÍTULO DEL TRABAJO: “ANÁLISIS PARA LA INTERCONEXIÓN DE UNA PLANTA
                   EÓLICA A UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN”
    Lugar y fecha de elaboración del documento: San José, Costa Rica, Enero-Junio 2007
    Subtema: GENERACIÓN   .
    Área: G2-2

    Autor/es: MARCO ACUÑA MORA y LUIS FDO. ANDRÉS JÁCOME, Ingenieros Eléctricos.
    Empresa o Entidad: Ambos: COMPAÑÍA NACIONAL DE FUERZA Y LUZ, S.A., CNFL, S.A.
    Cargo: en orden; Ingeniero de Planificación y Jefe Dpto. Planificación y Diseño de la CNFL, S.A.

    Autor Responsable: MARCO ACUÑA MORA, CNFL, S.A., Plantel Virilla, La Uruca,
    Costa Rica, Apartado Postal: 10026-1000, Tel: (506) 295-5683, Fax: (506) 286-2787,
    e-mail: maacuna@cnfl.go.cr

                                                                  DATOS DE LA EMPRESA.
                                                                  Dirección: San José, C. R.
     PALABRAS-CLAVE: Calidad de
                                                                  Código Postal: 10026-1000
     tensión, generadores de inducción,                           Teléfono: (506) 295-5680
     modelado y análisis de plantas                               Fax: (506) 296-2787
     eólicas, requerimientos de tensión.                          E-Mail: deppladi@cnfl.go.cr


    Resumen --- La CNFL, S.A., la cual es una empresa de         Todos los aerogeneradores de la planta eólica fueron
distribución y generación de energía eléctrica, ha               representados mediante un modelo dinámico
incursionado en el tema de la generación a partir de fuentes     equivalente. Este modelo agrupado se basa en la
alternativas, en este caso el viento. Los proyectos planeados    suposición de que todos los aerogeneradores tienen
van a ser conectados a la red de distribución. En vista de lo    características eléctricas y mecánicas similares así
anterior, se hace necesario prever el comportamiento del         como que estén conectados a un mismo punto. El
sistema de distribución ante la conexión de una planta eólica    análisis del sistema planta eólica - red se llevó a cabo
y además, prever el posible comportamiento de la planta          en Matlab/SimPowerSystems, para lo cual se
ante eventos de tensión característicos del sistema de
distribución. Se realizará el modelado y análisis de la
                                                                 utilizaron modelos dinámicos de aerogeneradores con
interconexión de un parque eólico de mediana capacidad           parámetros de maquinas eólicas genéricas. Con el
(15 MW) a un sistema de distribución eléctrica con una           análisis realizado se pudo concluir que la tecnología
tensión de 34,5 kV. Se plantearon dos objetivos, el primero      que presenta un mejor desempeño ante las
fue visualizar el comportamiento de la tensión de la barra de    perturbaciones de tensión y la que impacta menos en
interconexión del parque eólico ante diferentes condiciones      la tensión de la barra de interconexión es la de
de operación del parque, tales como arranque, desconexión        velocidad variable con DFIG. Con base en las
y variaciones en la velocidad del viento. El segundo             conclusiones se recomendó valorar la adquisición de
objetivo fue visualizar el comportamiento dinámico del           aerogeneradores DFIG con un sistema de tolerancia
parque eólico ante perturbaciones de tensión reales del
sistema de distribución. Estas perturbaciones son las que
                                                                 de voltaje (VFRT) para que los clientes conectados a
presenta el sistema de distribución en la época del año en la    la misma barra que el parque eólico perciban la menor
que la generación del parque es máxima y en la cual las          cantidad de eventos de tensión generados directa e
salidas de operación de este es crítica para el abastecimiento   indirectamente por el parque y para que el parque sea
de la demanda eléctrica de la CNFL, S.A. y el país. Para         capaz de tolerar la mayoría de los eventos de tensión
ambos objetivos planteados se analizaron dos                     característicos del sistema de distribución y
tecnologías de aerogeneradores; los de inducción                 transmisión.
directamente conectados (IG), los cuales son de
velocidad fija, y los de inducción doblemente
alimentados (DFIG), los cuales son de velocidad
variable.



                                                                                                                       1
I. Introducción                           operación del parque y el impacto de las
La energía eólica ha tenido gran auge en Costa Rica          perturbaciones típicas de tensión del sistema de
en la última década ya que la máxima generación con          distribución en el desempeño del parque eólico.
este tipo de fuente energética se da en los meses de
verano, cuando las reservas de agua en los embalses                     II. Tecnologías Consideradas
se reducen considerablemente. Por esta razón, por            A. Generadores de inducción directamente
aspectos ambientales y porque los costos de                  conectados (IG).
generación eléctrica con este tipo de fuente son                Este tipo de aerogeneradores es de construcción
competitivos, el país ha entrado en este campo.              relativamente simple y robusta. Éste consiste en una
                                                             turbina eólica, una caja de engranajes, un banco de
   Hoy en día el Instituto Costarricense de                  capacitores y un generador de inducción de rotor jaula
Electricidad (ICE), tiene incorporado a su red de            de ardilla o rotor devanado directamente conectado a
transmisión cerca de 70 MW de energía eólica [1] y           la red a través de un transformador elevador, ver Fig.
planea la incorporación de 180 MW más para los               1.
próximos 20 años [1]. Para el caso de la CNFL, S.A.,
planea incorporar generación eólica pero en su                  Este tipo de aerogeneradores son regularmente
sistema de distribución, algo nuevo para la Empresa y        conectados (“cut in”) a la red mediante un arrancador
para el país, ya que los sistemas de distribución, por       suave o “soft starter”. Este consiste en dos tiristores
sus características, presentan una mayor cantidad de         de potencia antiparalelos por fase que limitan la
fallas que producen perturbaciones de tensión que            corriente (rms) de arranque de los aerogeneradores.
afectan el desempeño de los aerogeneradores. La              Sin este dispositivo, la corriente “inrush” puede ser
CNFL, S.A. planea incorporar cerca de 30 MW de               unas 7 u 8 veces mayor a la corriente (rms) nominal;
generación eólica en el corto plazo y planea                 por lo tanto, con este elemento electrónico de
incorporar cerca de 80 MW más en el mediano y largo          potencia, se reducen las perturbaciones en la tensión
plazo.                                                       del sistema causadas por la alta demanda de potencia
                                                             reactiva en el arranque [2]-[4]. Después del arranque
   Actualmente las tecnologías de aerogeneradores se         (2-3 segundos de la conexión) se acciona un “bypass”
diseñan para que sean más robustos y soporten                que deja sin efecto a los tiristores para reducir las
perturbaciones de tensión típicas de una red de              pérdidas de energía del sistema.
distribución y transmisión y se mantengan conectados
a la red durante el disturbio (generalmente “sags”). Lo
anterior debido en parte a que la incorporación de
energía eólica en redes de distribución es un hecho
desde hace varios años. Por ejemplo, en septiembre
del 2003, habían 166 MW de energía eólica
conectados al sistema eléctrico Irlandés, y de éstos el
50% estaban conectados al sistema de distribución            Fig. 1.   Esquema de un generador de inducción directamente
[2]. Los sistemas de distribución de energía eléctrica       conectado (IG). Tomado de [5].
han sido diseñados y planeados para servir de energía
de calidad a los clientes y no para recibir generación       La corrección del factor de potencia del generador se
eólica. Por lo tanto, se debe realizar un análisis de        realiza mediante un banco de capacitores en paralelo
interconexión para determinar el impacto en la calidad       conectados en el lado de baja tensión del trasformador
de energía de este tipo de tecnología de generación.         elevador. Este tipo de generador no posee control
                                                             interno de potencia reactiva ni capacidad para
El sistema analizado es parte del sistema de                 soportar corrientes de falla [6]. Esta
distribución de la Compañía Nacional de Fuerza y
Luz, S.A. (CNFL), empresa que sirve la mayor parte             Las aspas del rotor que extraen la energía cinética
del Área Metropolitana de Costa Rica. El parque              del viento pueden tener un control aerodinámico
eólico tiene una capacidad de 15 MW y se llamará             pasivo de velocidad llamado “stall” o un control
Planta Eólica del Valle Central (PEVC).                      dinámico del tipo “pitch”. En la práctica la salida de
                                                             potencia de este generador fluctúa considerablemente,
Se estudiaron dos tecnologías de aerogeneradores y           ya que, esta depende del viento, que por naturaleza
además los requerimientos internacionales para               varía en intensidad y dirección.
plantas eólicas así como máquinas comerciales que
cumplen estos requerimientos. Se analizó la calidad             Existen diversas desventajas para el generador de
de la energía del punto de interconexión y sus               inducción directamente conectado. Entre estas se
características eléctricas para llevar a cabo el análisis.   puede citar la susceptibilidad ante corrientes de falla
Para determinar como se comportará el sistema                que hace que en países en que la penetración de la
eléctrico de la CNFL, S.A, se realizó la simulación del      energía eólica con este tipo de tecnología es alta, se
sistema de distribución y el parque eólico en Matlab 7       pierdan cantidades de potencia eólica de hasta cientos
y se utilizó el módulo SimpowerSystems de Simulink           de MW debido a fallas del sistema de extra alta
para tal efecto.                                             tensión. También poseen problemas de “flicker”
                                                             debido a su baja inercia [6] y efectos de
Se analizó el impacto del parque en la tensión de la         sincronización en estado estable. Además, sus bancos
barra de interconexión ante diferentes condiciones de        de capacitores, aportan menos reactivo durante
2
condiciones de falla, pero la demanda por parte de los     DFIG, usualmente utilizan el concepto de la
aerogeneradores puede aumentar. Esto hace que se           transformación de las variables del rotor de la
degrade considerablemente la estabilidad de tensión        máquina (corrientes, voltajes, flujos, etc.) al marco de
del sistema de potencia al demandarse una gran             referencia dq0, tratando por separado los voltajes del
cantidad de potencia reactiva lo cual puede ser            rotor vdR, vqR. Entonces la potencia real (y velocidad)
riesgoso si no se posee suficiente reserva de potencia     puede ser controlada por la influencia de la
reactiva [6].                                              componente de eje directo de la corriente del rotor idR
                                                           mientras que la potencia reactiva puede ser controlada
B.     Generadores     de    inducción    doblemente       manipulando la componente de eje de cuadratura de la
alimentados, DFIG                                          corriente del rotor iqR [11]. Para explicar lo anterior se
    Los aerogeneradores de velocidad variable con          presentan las ecuaciones (2)-(6) corresponden al
DFIG están siendo utilizados ampliamente en la             modelo del generador de inducción en el marco de
actualidad en el campo de la generación eólica. Lo         referencia dq0.
                                                               τ e = ( )(ΨdS iqS − ΨqS idS )
anterior debido a que los estándares de tolerancia de              3 p
                                                                                                                   (2)
tensión para los aerogeneradores son cada vez más                  2 2
estrictos [7]-[9] y este tipo de aerogeneradores
presenta un mejor desempeño ante perturbaciones de
                                                                   3                3
                                                                                         (
                                                               PS = v0t dqS i0 dqS = 2v0 S i0 S + v dS idS + v qS iqS  )
tensión y regulación de tensión y potencia [10]. La                2                2
turbina eólica limita la potencia extraída del viento                                                                (3)
                                                                PR = v0t dqR i0 dqR = (2v0 R i0 R + v dR idR + v qR iqR )
durante altas velocidades de viento mediante el                     3                3
sistema “pitch”, generalmente.                                      2                2
   La máquina DFIG consiste en una turbina eólica de                                                                 (4)
                                                                  QS = (v qS idS − v dS iqS )
velocidad variable, conectada mediante una caja de                    3                                              (5)
engranajes a un generador asíncrono de rotor                          2
                                                                  QR = (v qR idR − v dR iqR )
devanado. El rotor es conectado a la red mediante                     3                                              (6)
convertidores electrónicos de potencia tipo PWM, ver                  2
Fig. 2. El estator es conectado directamente a la red,
de aquí su nombre “generador doblemente                      Donde p es la cantidad de polos de la máquina,
alimentado”.
                                                           τ e es el torque electromagnético, Ψ es el flujo, P es
                                                           la potencia activa, v es el voltaje, i la corriente y Q la
                                                           potencia reactiva. Los subíndices; d, eje directo, q, eje
                                                           en cuadratura, 0, eje 0, S, estator y R, rotor.

                                                              El control de la potencia se puede mostrar
                                                           fácilmente considerando estado estable y operación
                                                           balanceada. P y Q dadas por las ecuaciones (7)-(8) se
                                                           derivan del modelo de la máquina asincrónica en el
                                                           marco de referencia dq0 de las ecuaciones (2)-(6) y
                                                           asumiendo que vdS = vS.
                                                                          3 Lm                              (7)
                                                                   PS = −      v S idR
Fig. 2. Esquema de un generador de inducción doblemente                   2 LS
alimentado, DFIG. Tomado de [10]
                                                                      3 ⎛ v2 L         ⎞                             (8)
   El tipo y capacidad de los convertidores del rotor           QS = − ⎜ S + m v S iqR ⎟
                                                                        ⎜ ωL           ⎟
                                                                      2 ⎝ S LS         ⎠
determina el ámbito de velocidades de operación del
aerogenerador. Lo anterior debido a que el rotor             Donde Ls y Lm son las inductancias del estator y la
entrega una fracción de potencia a la red que es           de magnetización respectivamente. Este método de
proporcional al deslizamiento [10]. Cuando la              control de potencia es usado generalmente para el
velocidad angular del aerogenerador es subsíncrona la      DFIG.
potencia fluye de la red al rotor y cuando es
supersíncrona, la potencia fluye del rotor al estator         El rotor del generador y los convertidores son
por medio de los convertidores. Esto se explica            protegidos mediante un sistema de protección contra
fácilmente según la siguiente expresión:                   sobrecorrientes llamado “crowbar” [12]. El disparo de
                      PR = − sPS                     (1)   este sistema de protección es el medio por el cual el
   Donde PR es la potencia entregada por el rotor, PS      generador desconecta el rotor de la red ante una
es el la potencia entregada por el estator y s es el       perturbación en el sistema que esté fuera del esquema
deslizamiento.                                             de protecciones de la máquina, entonces, el DFIG
                                                           funciona como un aerogenerador directamente
   La operación a velocidad variable es obtenida           conectado o IG.
excitando mediante una tensión variable de cierta
frecuencia al rotor, lo cual genera una corriente
variable que permite esta función. Los controles del

                                                                                                                       3
III. Requerimientos de Tolerancia de Tensión                       año en la que la planta eólica tendrá su máxima
             Para Aerogeneradores                                   generación [14] y cuando es más crítica una salida de
                                                                    operación.
   Los requerimientos de operación e interconexión de
los parques eólicos dependen de las necesidades de las
                                                                       El hueco de tensión más severo medido en cuanto a
empresas ya que las redes y sistemas se comportan
                                                                    magnitud residual de tensión en S.T. Escazú es del
eléctricamente diferentes. Por esto empresas a nivel
                                                                    3% en fase A, 2% en fase B y 4% en la C y duró 450
mundial han adoptado requerimientos que los
                                                                    ms, sin embargo se presentó otro de 650 ms con una
fabricantes deben cumplir para entrar en sus
                                                                    tensión residual de 19% en la fase A, 22% en fase B y
mercados. Hoy en día, en consecuencia de lo anterior,
                                                                    20% en fase C. Tanto en magnitud y duración, los
los fabricantes de aerogeneradores han mejorado sus
                                                                    eventos son sumamente fuertes y corresponden a
tecnologías [13] para garantizar que sus máquinas
                                                                    tiempos de despeje característicos para un sistema de
cumplan con los requerimientos técnicos de operación
                                                                    distribución.
e interconexión de diferentes empresas eléctricas a
nivel mundial [7]-[9]. Esto ha hecho que desde el
                                                                       A partir de la recolección de datos de eventos de
punto de vista técnico, existan máquinas que cumplen
                                                                    tensión de la subestación en época de verano, se
estos requerimientos, principalmente en el aspecto de
                                                                    realizó una simulación de probabilidad de ocurrencia
tolerancia de tensión. Tal es el caso de una empresa
                                                                    [15] de eventos de tensión. La variable a estudiar es la
que dio a conocer aerogeneradores con una curva de
                                                                    magnitud residual del evento. Con este análisis se
tensión de operación que llenan los requerimientos de
                                                                    llegó a estimar que la probabilidad de tener un hueco
[7]-[9], [13]. La curva publicada por esta empresa se
                                                                    de tensión con valor residual menor al 50% es del 7%,
muestra en la Fig 3.
                                                                    menor al 40%, 2% y menor al 30%, 1%, por lo que la
                                                                    mayoría de perturbaciones poseen una tensión
                                                                    residual mayor al 50%. Con base en el estudio de
                                                                    perturbaciones para la subestación se establecerá para
                                                                    la simulación posterior, fallas simétricas que causen
                                                                    una tensión residual de 5% en la barra de
                                                                    interconexión con una duración de 650 ms. Esta falla,
                                                                    aunque no sea frecuente (<1% de probabilidad),
                                                                    representa una de las más severas esperadas para el
                                                                    sistema de potencia en la Subestación de
                                                                    Interconexión. Para exponer la capacidad de una
                                                                    máquina comercial de tolerar las perturbaciones de la
                                                                    barra de interconexión del PEVC, se graficó la curva
Fig. 3. Tolerancia de tensión para aerogeneradores fabricados por   de la Fig. 3 en un gráfico de eventos de tensión. Ver
un fabricante, Tomado de [13].                                      Fig. 4.
         La curva de la Fig. 5 cumple con los
requerimientos de las empresas de [7]-[9]. Esto hace                                 110
                                                                                                            Eventos que Afectan Barra de Interconexión, Con VRT Comercial


suponer que el obstáculo técnico para mejorar el
                                                                                                           Sags
                                                                                     100

desempeño      de     los     aerogeneradores     ante                                         90


perturbaciones severas está cada vez más superado. El
                                                                     Magnitud Residual, p.u.




                                                                                               80

                                                                                               70
aspecto que hay que estudiar es el económico, ya que                                           60
                                                                                                                                                                      VRT Comercial

es posible que no sea rentable tener un parque eólico                                          50

inmune a perturbaciones típicas para ciertos sistemas                                          40

de potencia.                                                                                   30

                                                                                               20

                                                                                               10
       IV. Estudio Preliminar de la Barra de                                                    0

                  interconexión                                                                     0   0.2 0.4 0.6 0.8   1   1.2 1.4 1.6 1.8   2   2.2 2.4 2.6 2.8
                                                                                                                                    Duración del Evento, s
                                                                                                                                                                        3   3.2 3.4 3.6 3.8   4



   Es fundamental estudiar el punto de interconexión                Fig. 4. Curva de tolerancia de tensión de una máquina comercial
donde se interconectará un parque eólico. El estudio                graficada sobre eventos de tensión de la barra de interconexión del
                                                                    PEVC.
preliminar del punto de interconexión debe
considerar, entre otros aspectos, la calidad de energía                En la Fig. 6 puede apreciarse que aunque algunos
del mismo (“sags”, “swells”, duración y magnitud por                eventos causarían el disparo del PEVC, la mayoría de
fase), su capacidad de cortocircuito y la relación X/R.             estos serían tolerados por los aerogeneradores. Para
Los datos de capacidad de cortocircuito y X/R son                   determinar la capacidad de cortocircuito del punto de
determinantes para el comportamiento del sistema                    interconexión, se solicitó al ICE (operador del sistema
parque eólico-red de distribución en lo que respecta a              de transmisión en Costa Rica) el dato correspondiente
fluctuaciones del tensión tal y como se verá adelante.              a la capacidad de cortocircuito, el cual es de 2605
                                                                    MVA y la relación X/R del punto de interconexión, el
   Para la Subestación de interconexión se tienen                   cual es de 3.1. En la subestación de interconexión
mediciones de perturbaciones de tensión, realizadas                 existe una entrada para interconectar el PEVC, por lo
por los medidores en línea de la subestación, para el               que el espacio no es limitante, tampoco lo son
verano que va de diciembre del 2006 a abril 2007. Se                aspectos de medición, monitoreo y control en la
hizo énfasis en este periodo porque es la época del                 subestación.
4
V. Modelo Dinámico Equivalente de la Planta               puede ser representada como un generador de
                  Eólica                                   inducción equivalente. El torque de todas las turbinas
                                                           puede ser sumado y conduce a la inercia equivalente
A. Sincronización de aerogeneradores de velocidad
                                                           como se ve en (9), la cual es la ecuación de oscilación
constante
                                                           [18].
   La sincronización de aerogeneradores se da en
                                                                          ⎛       ⎞
estado estable y no se refiere a que estos operen a la                    ⎜ ∑ J i ⎟ω t = ∑τ ti − ∑τ ei
                                                                                    &                            (9)
velocidad síncrona ya que si esto ocurre los                              ⎝ i     ⎠       i      i
generadores no entregarían potencia activa a la red.          Donde Ji es la inercia de cada generador, ωt, es la
La sincronización ocurre para el caso de                   velocidad angular, τti, es el torque de la turbina i y τei,
aerogeneradores de velocidad fija y se refiere a que       es el torque eléctrico del generador i. Si las
cuando las aspas de las turbinas del parque eólico         diferencias de la velocidad de viento para los
adquieren la misma velocidad angular, el ángulo            aerogeneradores del parque se consideran muy
relativo de estas permanecen constantes. Bajo estas        pequeñas, un modelo aerodinámico equivalente puede
condiciones las fluctuaciones en estado estable de las     ser utilizado. Este modelo incluye una velocidad del
variables     eléctricas  y     mecánicas     de    los    viento equivalente según las ecuaciones (10) [18].
aerogeneradores puede causar efectos eléctricos                                              ρ
significativos en el punto de interconexión porque                   Pt = nc p ( β , λeq )       A 2 veq
                                                                                                      2

ocurren      simultáneamente     para     todos     los                                      2
aerogeneradores del parque, dándose un efecto                                Rwt                                (10)
                                                                     λeq =
“acumulado”. Las fluctuaciones se deben, entre otros                         veq
aspectos, al efecto sombra de la torre sobre las aspas,
                                                                           1
comportamiento de la magnitud y dirección de la
velocidad del viento respecto a la altura en la
                                                                     veq =   ∑ vwi
                                                                           n i
superficie de barrido de las aspas y turbulencias en el      Donde Pt es la potencia mecánica total, n es el
área de barrido de las aspas [16]-[17]. Estas              número de aerogeneradores del parque eólico, cp es el
fluctuaciones provocan variaciones de la potencia          coeficiente de potencia, β, es el ángulo de paso
generada, impactándose de esta forma la tensión del        (“pitch”), λeq, es el cociente de la velocidad de la
punto de interconexión.                                    punta del aspa equivalente, ρ, es la densidad del aire,
                                                           A, es el área de barrido del rotor, veq, es la velocidad
   La sincronización de los aerogeneradores de un          del viento equivalente a la altura del “hub”, Rwt, es el
parque de velocidad fija tiene una constante de tiempo     radio del rotor (~ longitud del aspa) y vwi es la
alta, por lo que es un fenómeno que no ocurre              velocidad del viento del generador i. Como la
rápidamente [16].                                          velocidad en todo el parque eólico ha sido
                                                           considerada como la misma, una representación
  En el presente análisis no se consideró la posible       equivalente del controlador del ángulo de paso
problemática de la sincronización de los                   “pitch” es suficiente para representar el control del
aerogeneradores ya que el análisis del parque eólico       ángulo de paso del modelo agregado.
en estudio no contempla solamente el caso de
aerogeneradores de velocidad constante. Este efecto           Debido a que las oscilaciones del eje causan
podría ser considerado en futuros estudios más             variaciones de potencia en generadores de velocidad
detallados.                                                fija, es recomendable utilizar el modelo de dos masas
                                                           del eje en el modelo agregado y no agregar las
B. Agrupamiento de aerogeneradores de Velocidad            inercias de las turbinas pero sí las inercias de los
Constante (IG)                                             aerogeneradores, tal y como lo expresa (11) [19].
                                                                                       m
   Las plantas eólicas consisten en decenas o centenas
                                                                        J geq = ∑ J gi                          (11)
de aerogeneradores conectados por una serie de                                     i =1
alimentadores a un mismo punto. Solamente para                El agrupamiento de los aerogeneradores provoca
estudios propios de la planta, se requiere analizar toda   que la potencia reactiva generada o consumida por la
la planta eólica en detalle, representando cada uno de     totalidad del parque sea la suma de las potencias de
los aerogeneradores            mediante un modelo          cada aerogenerador. O sea:
individualizado [18]. Cuando se requiere realizar                                  n
estudios de impacto eléctrico de la totalidad de un                     S eq = ∑ S i
parque eólico a un sistema de potencia como el                                  i =1                            (12)
propuesto o cuando se requiere estudiar la interacción                             n

de un parque eólico con otro, un modelo detallado es                    Qeq = ∑ Qi
                                                                                i =1
impráctico debido a la cantidad de cálculos y tiempo
                                                              Donde Seq es la potencia aparente nominal y Qeq es
de simulación elevados [18]. Para este tipo de
                                                           la potencia reactiva de los sistemas de compensación
estudios, el parque eólico puede ser simulado con un
                                                           de los aerogeneradores.
modelo equivalente, visto         desde el punto de
interconexión tal y como se presenta adelante.
                                                             Para una representación de la contribución del
                                                           parque eólico a la corriente de cortocircuito, la
  Como las desviaciones de la velocidad angular
                                                           impedancia de la red que alimenta los
nominal de los aerogeneradores de un parque eólico
                                                           aerogeneradores debe ser considerada. Por lo tanto, la
de velocidad fija son mínimas, esta planta eólica
                                                           impedancia de cortocircuito del modelo agregado
                                                                                                                    5
debe ser igual a la impedancia de cortocircuito del               Z = RS + jX S , para el ramal del estator, Z = 0 + jX M
parque eólico. Cuando se representa la planta eólica
como un generador de inducción equivalente que                    para el ramal de magnetización y Z = RR + jX R para
                                                                                                           s
tiene n veces el tamaño de cada generador individual,
pero la misma impedancia en p.u., la impedancia que               el ramal del rotor. σ i es el mismo que en (15).
modela la red del parque eólico necesita ser
determinada, tal y como se hace en (13) [18].                        Para determinar la resistencia del rotor y el
                                                                  deslizamiento de operación de la máquina agrupada,
                             1                                    es necesaria otra relación además de la ecuación (16).
          Z red = Z ′′
                    parque −
                                 ′′
                               Z geni                      (13)
                             n                                    Esta ecuación requerida en el método se obtiene
    Donde    Z ′′                                                 asumiendo que el deslizamiento crítico (deslizamiento
               parque es la impedancia de cortocircuito
                                                                  en el cual la característica torque-velocidad de la
de la granja eólica vista desde el punto de                       máquina es máxima) del generador agrupado es el
                  ′′
interconexión y Z geni es la impedancia subtransitoria            equivalente promedio de los deslizamientos críticos
de cada aerogenerador.                                            de los generadores individuales. Esto es para asegurar
                                                                  que la región de operación del generador agrupado
                                                                  (definida desde el máximo de la característica torque-
  Los parámetros del generador de inducción                       velocidad y la velocidad síncrona) estará dentro de las
equivalente se pueden obtener utilizando el método de             regiones de operación de las máquinas individuales
“weighted admitance averaging”. Este método se                    [20]. El método presentado se basa en razonamientos
basa en el diagrama del circuito equivalente de la                físicos y en consecuencia genera un mejor cálculo de
máquina de inducción de la Fig. 5. Adelante se                    los parámetros eléctricos y mecánicos equivalentes
describe el mismo [19].                                           tanto para máquinas de velocidad fija como variable.
                                                                  Sin embargo, para este último tipo de máquinas se
            Rs             Xs               XR                    deben tomar en cuenta los aspectos que se expondrán
                                                                  a continuación.


                                  Xm                   RR / s     C. Agrupamiento de Aerogeneradores de Velocidad
                                                                  Variable
                                                                     El agrupamiento de aerogeneradores de velocidad
                                                                  variable solo se justifica si se considera una velocidad
Fig 5. Circuito del modelo equivalente de una máquina de
                                                                  del viento y velocidad angular de los ejes similares
inducción. Tomado de [18]
                                                                  para todos los aerogeneradores a ser agrupados. Esta
                                                                  suposición puede ser útil cuando no se desea un nivel
  La constante de inercia se calcula utilizando las               de detalle alto del comportamiento del parque eólico,
ecuaciones (14) y (15).                                           como por ejemplo para los estudios iniciales. También
                            n
                 H agr = ∑ σ i H i                         (14)   puede ser útil para cuando se realicen simulaciones de
                           i =1
                                                                  corta duración, como por ejemplo, análisis de
   Donde H es la constante de inercia agregada y Hi es            estabilidad transitoria, donde el comportamiento
la misma para el i-ésimo generador. El coeficiente de             mecánico no tiene un gran impacto en las tensiones y
                                                                  la potencia que fluye al punto de interconexión [18].
peso σ i se define como el valor nominal relativo en
                                                                  Para estos casos un modelo agrupado que consiste en
KVA del generador individual i con respecto al valor              n veces el tamaño de cada aerogenerador es una muy
nominal del generador agrupado [20]. Este se presenta             buena aproximación.
en la ecuación (15).
                 KVAi      KVAi                 (15)                Se recomienda para simulaciones de larga duración
          σi = n        =
                          KVAagr                                  solamente agrupar los componentes eléctricos y no los
                ∑ KVAi
                    i =1
                                                                  mecánicos de los aerogeneradores, según los métodos
   El presente método de admitancias equivalentes                 expuestos. Por lo tanto, el modelo agrupado propuesto
presenta el cálculo de los parámetros equivalentes tal            para un parque eólico de aerogeneradores con
y como si se conectaran los circuitos equivalentes de             velocidad variable usa un modelo equivalente
los generadores en paralelo y se redujera estos hasta             agrupado para:
tener un circuito equivalente total. La ecuación (16)
presenta la manera de calcular los parámetros                     •   Convertidores de electrónica de potencia y
agregados de la máquina [20].                                         controles.
              1     n ⎡
                         σ ⎤                                      •   Parte eléctrica de los generadores.
                 = ∑⎢ i ⎥                       (16)
            Z agr i =1 ⎢ Z j ⎥
                       ⎣ ⎦                                        No se deben agrupar:

Donde:                                                            •   Inercia del generador.
                                                                  •   Aerodinámica.
                                                                  •   Controladores del ángulo de paso “pitch”.


6
Un análisis con estos métodos de agrupamiento se       de capacitores de los aerogeneradores (no mostrados
realizaron en [18]. Con respecto a plantas de             en la Fig. 6) y los de la barra oeste de la subestación
velocidad fija, se hizo un análisis de fluctuaciones de   de interconexión se simularon en paralelo mediante
viento y análisis de fallas. Con respecto a máquinas de   una configuración delta de una sola etapa. La planta
velocidad variable, se llevaron a cabo análisis de        hidroeléctrica conectada a la subestación es
fallas y turbulencia del viento. Los modelos que          representada como un generador sincrónico
combinan el agrupamiento del sistema eléctrico, pero      simplificado en régimen estable con excitación y par
no así el mecánico de las plantas eólicas, son los más    motor de entrada constante.
apropiados para estudiar la interacción entre la planta
eólica y el sistema de potencia. Estos modelos               Matalab/SimPowerSystems                 representa
proveen un alto grado de exactitud en diversas            dinámicamente el generador de inducción por medio
aplicaciones, como la simulación para estudiar la         de un modelo de cuarto orden y la parte mecánica por
estabilidad dinámica y transitoria.                       medio de un modelo de segundo orden. Todas las
                                                          variables y parámetros son referidos al estator de la
                  VI. Sistema simulado                    máquina y todas las cantidades del rotor y el estator
                                                          están en el marco de referencia arbitrario, dq0. El
   El     sistema    simulado     es     representado
                                                          equivalente del parque eólico será representado por
esquemáticamente en la Fig. 6. La subestación de
                                                          este modelo del aerogenerador.
interconexión posee dos barras separadas, este y
oeste, el PEVC se conectará a la barra este. La barra
                                                             Para estudiar el impacto de la totalidad del PEVC
oeste posee una planta de generación hidroeléctrica de
                                                          en la barra de interconexión, el parque se modeló
25 MVA y un banco de capacitores de 12 MVAr. La
                                                          realizando un aerogenerador equivalente, sin embargo
simulación se llevó a cabo considerando el enlace de
                                                          para el análisis del arranque se realizaron 5 grupos de
barras en condición abierta, la cual es la condición
                                                          aerogeneradores. Los bancos de capacitores son de
normal de operación de la subestación.
                                                          269 kVAr por cada 850 kW de potencia activa. Los
                                                          aerogeneradores funcionan a su potencia nominal para
   El modelo consiste en un sistema de transmisión
                                                          una velocidad de viento de 9 m/s, y la regulación de
equivalente de 138 kV con una capacidad de
                                                          potencia y velocidad se realiza mediante el sistema
cortocircuito de 2605 MVA y una relación X/R de
                                                          “pitch”. Para la tecnología IG no se consideró
3.1. Este se simuló mediante una fuente de tensión de
                                                          arranque suave o “soft starter” por razones de
138 kV y una impedancia en serie.
                                                          disponibilidad del modelo para tal efecto.

                                                                   VII. Simulaciones y resultados
                                                             Se analizará primero el efecto del arranque del
                                                          PEVC en una sola etapa y en cinco etapas para la
                                                          tecnología IG. Para visualizar la dependencia a la
                                                          velocidad del viento de la tensión de la barra de
                                                          interconexión, se simulará un aumento y disminución
                                                          de la velocidad del viento para ambas tecnologías.
                                                          Cabe mencionar que lo que se busca es previsualizar
                                                          el posible comportamiento de la tensión de la barra de
Fig. 6. Diagrama unifilar del sistema simulado.
                                                          interconexión ante diferentes condiciones de
                                                          velocidad del viento y no valorar la producción de
   Los transformadores reductores son de 45 MVA           energía del PEVC, por esto no se utilizó un modelo
138/34,5 kV de tres devanados con el terciario en         del comportamiento del viento.
condición abierta y un porcentaje de impedancia AT-
MT de 10.29% en base 30 MVA. No se consideró la              Para el estudio del PEVC ante fallas, se analizaron
saturación de los transformadores ni se consideró la      dos esquemas de protección para el parque eólico. El
incorporación de los cambiadores de derivación, por       primer esquema permite al parque eólico operar a una
lo tanto los trasformadores no son reguladores y          tensión de 0.625 p.u. por 100 ms (esquema muy
operan con su relación nominal de vueltas. Para todas     similar al de los aerogeneradores instalados en Costa
las líneas de distribución aéreas se utilizó un modelo    Rica) [21] y el segundo permite operar el parque a una
π, con una configuración horizontal plana y una           tensión de 0.15 p.u. por 700 ms, lo cual corresponde a
separación de fases de 1 m con conductor 477 MCM          lo que pueden soportar algunos de los nuevos diseños
AAC. La red colectora, la cual es la que va desde cada    según los fabricantes de aerogeneradores [13]. El
aerogenerador a la subestación colectora (la que          primer esquema de protección fue aplicado a los
colecta la energía generada en el parque y la             aerogeneradores con IG y el segundo a
despacha) se modeló mediante una red subterránea          aerogeneradores con DFIG.
con conductor 500 MCM con las fases en ductos
separados. Estos circuitos son de una longitud de 1.5        Los aerogeneradores para ambas tecnologías son
km.                                                       estables para fallas leves que acepta el esquema de
                                                          protección 1 según las simulaciones realizadas. Para
  Los transformadores elevadores son de dos               visualizar el comportamiento de la tensión de la barra
devanados 34,5 kV/690V con %Z = 5%. Los bancos            de interconexión ante una desconexión del parque se

                                                                                                               7
aplica la falla de larga duración al PEVC con                       que sí provoca la tecnología IG al momento del
tecnología IG con el esquema de protección 1. Al                    arranque. El DFIG permite conectar el parque en una
PEVC con aerogeneradores con DFIG se le aplica la                   etapa según la simulación. Las perturbaciones de
falla de larga duración para observar su                            tensión se ven amortiguadas en su totalidad 100 ms
comportamiento. Se simularon solamente fallas                       después de la conexión. Ver Fig. 9. En cuanto a la
trifásicas para causar las depresiones de tensión                   calidad de energía de los clientes conectados a la
requeridas. No se presentan fallas monofásicas                      barra de interconexión, se tiene que estos percibirían
aunque si se estudiaron. Según [22], desbalances del                los mismos transitorios de corta duración de la Fig. 9,
2% en la tensión en terminales de los aerogeneradores               por lo que la calidad de energía no se vería impactada
causan generalmente el disparo de estos en sistemas                 de manera significativa si se compara con el arranque
de distribución, lo cual debe analizarse con más                    con la tecnología IG. Ver Fig. 7.
detalle en otro trabajo. Las fallas se realizaron cuando
el PEVC entrega la potencia nominal y con la
velocidad del viento constante.

A. Arranque del Parque para la tecnología IG
   La velocidad del viento al momento de la conexión
es de 5 m/s y a partir del segundo este acelerará a 13
m/s paulatinamente a una tasa de 4 m/s2. Se debe                    Fig. 9. Tensión en la barra de interconexión al conectarse el
tomar en cuenta que no se considera el arrancador                   parque en una etapa. El transitorio en la tensión dura cerca de 100
                                                                    ms. Las 2 etapas fueron conectadas con un retardo de 50 ms por
suave, por lo que las perturbaciones de corta duración              efectos de tiempo de simulación.
presentadas en este estudio se verían disminuidas
considerablemente con este dispositivo. Cuando la                   La conexión en etapas del PEVC con DFIG presenta
conexión se realiza en una sola etapa la tensión cae a              transitorios de tensión de corta duración con
valores no permisibles (< 0.95 pu), Ver Fig. 7, sin                 depresiones mayores a 0.9 p.u. este comportamiento
embargo la duración de esta depresión es de                         es favorable para la calidad de la energía servida en la
aproximadamente 50 ms. Cuando la conexión se                        S.T. Escazú.
realiza en etapas, no se experimentan depresiones tan
considerables, inclusive estas no entran dentro de la               C. Efecto en la tensión de la barra de interconexión
clasificación de un “sag” ya que su tensión residual es             de las variaciones de la velocidad del viento con IG.
mayor al 90%. Ver Fig. 8.
                                                                      Para prever el comportamiento de la tensión en la
                                                                    barra de interconexión se simuló el efecto que tendría
                                                                    sobre esta, las variaciones en la velocidad del viento.
                                                                    Se simuló una caída de velocidad del viento de 12m/s
                                                                    a 4 m/s y un aumento después de esto, de 4 m/s a 15
                                                                    m/s. Los resultados hacen ver la relación
                                                                    inversamente proporcional que existe entre la tensión
Fig. 7. Tensión en la barra de interconexión cuando se conecta el   de la barra de interconexión y la velocidad del viento
parque en una sola etapa. En este caso a tensión cae a menos de
0.95 pu.                                                            en el PEVC. Ver Fig. 10.




Fig. 8. Tensión en la barra de interconexión cuando se conecta el
parque en cinco etapas. En este caso la tensión también cae a
valores menores a 0.95 pu, pero casi instantáneamente vuelve a
valores mayores a 0.95 p.u.

         Aunque el arranque sea en etapas, existe
                                                                    Fig. 10. Tensión en la barra de interconexión cuando varía la
fluctuación de la tensión en la barra de interconexión,             velocidad del viento del PEVC con IG. Se da una relación
lo cual podría afectar a los clientes eléctricamente                inversamente proporcional.
cercanos a la subestación. Si el parque se conecta
como una sola etapa, la tensión en la barra de                      En la Fig. 10 se aprecia que las variaciones en la
interconexión cae a valores no permisibles generando                velocidad del viento en el PEVC afectarán la tensión
un hueco de tensión (“sag”). Aunque se presente un                  de la barra de interconexión. La tecnología en este
hueco de tensión considerable de corta duración, el                 caso es IG la cual no posee control de potencia
PEVC alcanzará su generación nominal.                               reactiva ni regulación de tensión. En este caso la
                                                                    tensión en la barra de interconexión cae a valores de
B. Arranque del Parque para la tecnología DFIG                      hasta 0.97 p.u., o sea más de un 3%. El
   La tecnología DFIG no causa los problemas de                     comportamiento mostrado en la Fig. 10 se debe a que
tensión tan considerables en la barra de interconexión              el punto de interconexión posee una relación X/R alta
8
(inductiva), el cual consiste en un punto de una red                  F. Hueco de tensión (“sag”) de 0.05 pu y 650 ms
con circuitos especialmente aéreos y muy cerca de                  para la tecnología DFIG provocado por una falla
transformadores de potencia, como es el caso, por esto             trifásica.
la tensión se verá reducida ante el aumento en la
generación de potencia activa [23].                                   El esquema de protección de 0.625 pu de tensión
                                                                   residual por 100 ms no permite que el parque
   D. Efecto en la tensión de la barra de interconexión            permanezca en operación después de una falla que
de las variaciones de la velocidad del viento con                  dure 650 ms y que tenga una tensión residual de 0.05
DFIG.                                                              pu. Si se tiene en el parque este tipo de tecnología con
   Para el caso de los DFIG se simuló el mismo                     los últimos diseños de tolerancia de tensión los
comportamiento del viento. Los resultados hacen ver                aerogeneradores pueden hacerle frente una falla con
la relación inversamente proporcional que existe entre             las características mencionadas. El parque puede
la tensión de la barra de interconexión y la velocidad             seguir entregando potencia de manera estable después
del viento en el PEVC, sin embargo para el caso del                de liberada la falla aunque esta sea una de las más
DFIG la variación es mínima (< 0.01 p.u.). Ver Fig.                severas en el sistema de distribución. Ver Fig 13.
11.




                                                                   Fig. 13. Tensión en la barra de interconexión del PEVC ante una
                                                                   depresión de tensión de 0.05 pu. Al estar el PEVC con el esquema
                                                                   de protección de 0.15 pu de tensión por 700 ms. El PEVC es capaz
                                                                   de seguir operando después de liberada la falla si la tecnología es
                                                                   DFIG.

                                                                      El PEVC toleraría esta falla porque la magnitud de
Fig. 11. Tensión en la barra de interconexión cuando varía la      la tensión en la barra de baja tensión de cada
velocidad del viento del PEVC con DFIG. Se da una relación         aerogenerador es mayor que en S.T. Escazú. Este
inversamente proporcional con una variación mínima.                comportamiento se debe a la capacidad del DFIG de
                                                                   aportar potencia reactiva durante la falla para elevar el
   El comportamiento de la tensión de la barra de                  nivel de tensión. Ver Fig. 14. En la Fig. 14 los valores
interconexión es muy favorable cuando el PEVC tiene                menores a cero implican generación de Q, lo cual se
la tecnología DFIG. Este comportamiento se debe a                  da durante la falla el DFIG trata de mantener el nivel
que el sistema de control está en modo de regulación               de tensión. El aerogenerador con IG no puede realizar
de tensión y hace que el DFIG se comporte como una                 esta función, por lo que es muy susceptible a
compensación dinámica manipulando la componente                    depresiones de tensión y esta falla provocaría su
de eje en cuadratura de la corriente del rotor.                    disparo definitivamente.

   E. Hueco de tensión (“sag”) de 0.05 pu y 650 ms
para la tecnología IG provocado por una falla
trifásica.
   Después de una desconexión del PEVC con IG
provocada por una falla en el sistema de distribución,
                                                                   Fig. 14. Potencia reactiva en la barra colectora del PEVC. Negativo
el nivel de tensión de la barra aumenta y se ubica en              implica generación por parte de los aerogeneradores.
un nuevo punto. Esto se debe a que el PEVC ya no
está generando y la demanda de potencia reactiva a la
                                                                                     VIII. Conclusiones
barra de interconexión por parte del parque
desaparece. Ver Fig. 12.                                              Una manera práctica para analizar la interconexión
                                                                   de un parque eólico a un sistema de distribución ha
                                                                   sido presentada. El análisis va desde el estudio del
                                                                   punto de interconexión, hasta el análisis dinámico de
                                                                   la interacción parque eólico - red eléctrica. Del
                                                                   análisis se desprenden las siguientes conclusiones. La
                                                                   tensión en la barra de interconexión es susceptible a la
                                                                   entrada en línea y operación del parque eólico por la
Fig. 12. Tensión en la barra de interconexión del PEVC ante una
                                                                   dependencia que existe entre la tensión y a potencia
depresión de tensión de 0.05 pu por 650 ms. Al estar el PEVC con   generada.      Los     aerogeneradores     directamente
el esquema de protección de 0.625 pu de tensión por 100 ms.        conectados (IG) no tienen la suficiente robustez para
                                                                   tolerar las perturbaciones de tensión típicas de la barra
                                                                   de interconexión. Los aerogeneradores doblemente
                                                                   alimentados (DFIG) hacen que no se impacte de
                                                                   manera importante la tensión de la barra de
                                                                   interconexión durante el arranque y el instante
                                                                                                                                    9
posterior a la liberación de una falla, así como durante            [8]    Wind Farm Power Station Grid Code Provisions, ESB
                                                                           National Grid, Jul. 2004. Available: http://www.eirgrid.com
la operación normal. Con respecto a la robustez ante                [9]    Wind turbines connected to grids with voltages below 100 kV,
perturbaciones de tensión, los aerogeneradores                             Eltra-Elkraft Standard TF 3.2.6, May. 2004. Available:
doblemente alimentados superan las fallas del sistema                      http://www.eltra.dk
de distribución de una manera sustancialmente mejor                 [10]   R. Gagnon, G. Sybille, S. Bernard, D. Paré, S. Casoria, C.
                                                                           Larose, “Modeling and Real-Time Simulation of a Doubly-
que los directamente conectados. Se recomienda la                          Fed Induction Generator Driven by a Wind Turbine,”
utilización de aerogeneradores con tecnología                              presentada en la International Conference on Power Systems
doblemente alimentada debido a que la barra de                             Transients (IPST´05), Montreal, Canada, 2005.
interconexión no es lo suficientemente robusta ni                   [11]   T. Gjengedal, "Large scale wind power farms as power
                                                                           plants," presentada en la Nordic Wind Conference, Göteborg,
presenta un nivel de calidad de energía que permita la                     Suecia, 2004.
operación confiable de un parque con aerogeneradores                [12]   S. Seman, J. Niiramen, y A. Arkkio, "Ride-Through Analysis
IG según el análisis eléctrico y de calidad de tensión                     of Doubly fed induction wind-power generator under
del punto de interconexión. Se recomienda que los                          unsymmetrical network disturbances," IEEE Trans. Power
                                                                           Systems, vol. 21, pp. 1782-1789, Nov. 2006.
aerogeneradores a ser instalados en el PEVC tengan                  [13]   Vestas Wind Systems A/S, Advanced Grid Option 2, Dic.
un sistema de tolerancia de tensión (VRT) para que la                      2003.
entrega de potencia no esté supeditada a los disturbios             [14]   Lahmeyer International – Insuma, Estudio de Factibilidad
característicos del sistema de distribución.                               para el Proyecto Eólico del Valle Central, Lahmeyer
                                                                           International - Insuma, San José, Costa Rica, 2004.
                                                                    [15]   C. T. Ragsdale, Spreadsheet Modeling and Decision Analysis,
                   IX. Agradecimientos                                     USA: South-Western Educational Publishing, 3ra. Ed. 2000,
                                                                           p. 496-508.
   Los autores agradecemos a los funcionarios R.                    [16]   J. Cidrás, A. E. Feijóo, “Synchronization of Asynchronous
Sancho, A. Zaglul y J.C. Montero del Laboratorio de                        Wind Turbines,” IEEE Trans. Power Systems, vol.17, NO. 4,
Simulación de Sistemas de Potencia (LSSP) del ICE;                         pp. 1162-1169, Nov. 2002.
por su gran colaboración en la realización de este                  [17]   T. Burton, D Sharpe, N. Jenkins, E. Bossanyi, Wind Energy
                                                                           Handbook, Inglaterra: Wiley, 2006, p. 284.
trabajo. También agradecemos a la Escuela de                        [18]   M. Pöller, S. Achilles, “Aggregated Wind Farm Models for
Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Costa Rica                       Analyzing Power System Dynamics,” presentada en la 4th
por la su valioso aporte para la realización del                           international workshop on large-scale integration of wind
presente estudio.                                                          power and transmission networks for offshore wind farms
                                                                           (Proc.), Billund, 2003.
                                                                    [19]   D. J. Trudnowski, A. Gentile, J. M. Khan, E. M. Petritz,
                        XI. Apéndice                                       “Fixed Speed Wind Generator and Wind Park Modeling for
                                                                           Transient Stability Studies,” IEEE Trans. Power Systems,
                        TABLA I                                            vol.19, NO. 4, pp. 1911-1917, Nov. 2004.
      Parámetros Utilizados para las Máquinas de                    [20]   F. Nozari, M.D. Kankam, y W. Price, "Aggregation of
                      Inducción                                            induction motors for transient stability load modeling," IEEE
                                                                           Trans. Power Systems, vol. PWRS-2, pp. 1096-1102, Nov.
     Parámetros IG             Parámetros DFIG                             1987.
Potencia : 660 kW           Potencia: 850 kW                        [21]   J. C. Montero, R. Sancho, J. Sancho, "Estudio del impacto de
Tensión Nominal: 690 V Tensión Nominal: 690 V                              fallas trifásicas y monofásicas de la red de 230 kV del SEN en
                                                                           la generación eólica," LSSP-ICE, San José, Costa Rica,
Frecuencia: 60 Hz           Frecuencia: 60 Hz                              Informe: LS-0408-30, Ago. 2004.
Rs: 0.0063 p.u.             Rs: 0.0576 p.u.                         [22]   L. Xu, Y. Wang, "Dynamic Modeling and Control of DFIG-
                                                                           Based Wind Turbines Under Unbalanced Network
Ls: 0.0609 p.u.             Ls: 0.0900 p.u.                                Conditions," IEEE Trans. Power Systems, vol. 22, pp. 314-
Rr’: 0.0189 p.u.            Rr’: 0.0216 p.u.                               323, Feb. 2007.
Lr’: 0.7652 p.u.            Lr’: 0.1440 p.u.                        [23]   T. Petru, T. Thiringer, “Modelling of Wind Turbines for
                                                                           Power System Studies,” IEEE Trans. Power Systems, vol.17,
Lm: 4.24 p.u.               Lm: 4.56 p.u.                                  NO. 4, pp. 1132-1139, Nov. 2002.
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                                                                                            XIII. Biografías
                                                                    Marco Acuña Mora nació en Guápiles, Costa Rica el 7 de
                      XII. Referencias                              septiembre de 1980. Se graduó en la Universidad de Costa Rica en
[1]   CEMPE, “Plan de Expansión de la Generación Eléctrica de       el 2004 como bachiller en Ingeniería Eléctrica. Es egresado del
      Costa Rica 2006-2025”, ICE, Enero 2006, San José, Costa       grado de licenciatura de la Universidad de Costa Rica y
      Rica.                                                         actualmente cursa una Maestría Profesional en Ingeniería Eléctrica
[2]   K. Burges, "Dynamic modelling of wind farms in                en la misma Universidad. Trabaja desde el 2004 en la CNFL, S.A.
      transmission networks," ECOFYS, Berlín, Alemania, 2004.       en planeamiento y diseño de sistemas de distribución de energía
[3]   T. Ackermann, Wind Power in Power Systems, Stockholm,         eléctrica integración de proyectos de generación. Sus campos de
      Sweden: Wiley, 2005, p. 72, 110.                              interés son planeamiento y diseño de sistemas de distribución,
[4]   Y. H. Song, A. T. Johns, Flexible AC Transmission Systems     simulación de sistemas de media tensión y máquinas eléctricas para
      (FACTS), Herts, United Kingdom, IEE, 1999, p. 569.            generación a partir de fuentes de energía renovables.
[5]   F. Iov, A. D. Hansen, P. Sorensen, F. Blaabjerg, "Wind
      Turbine Blockset in Matlab/Simulink and Description of the     Luis Fdo. Andrés Jácome, nació en San José, Costa Rica el 31 de
      Models," Aalborg University – RISO Tech. Report. Marzo,       julio de 1964. Se graduó en la Universidad de Costa Rica en el
      2004,                                           Disponible:   1986 como bachiller en Ingeniería Eléctrica. Es egresado del grado
      http://www.iet.auc.dk/Research/research_prog/wind_turbine/P   de licenciatura de la Universidad de Costa Rica y actualmente cursa
      rojects/ SimPlatformPrj/htm_files/Project.htm                 una Maestría Profesional en Ingeniería Eléctrica en el mismo
[6]   J. E. McArdle, "Dynamic modeling of wind turbine generators   centro. Labora desde octubre de 1986, en la CNFL, S.A.
      and the impact on small lightly interconnected grids," Wind   Actualmente es el jefe del Departamento de Planificación y Diseño,
      Engineering, vol. 28, No. 1, pp. 57-74, 2004.                 área encargada de lo relacionado con la ingeniería de distribución,
[7]   Wind Power Facilities Technical Requirements, Alberta         planeamiento, especificación y diseño de las obras requeridas por el
      Electric System Operator Standard, Nov. 2004. Available:      sistema de distribución de CNFL, S. A.
      http://www.aeso.ca

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Análisis para la interconexión de una planta

  • 1. COMISION DE INTEGRACION ENERGÉTICA REGIONAL COMITE NACIONAL: Costa Rica Código: (No llenar) III CONGRESO CIER DE LA ENERGÍA –CONCIER 2007 ABASTECIMIENTO ENERGÉTICO REGIONAL – RETOS Y PERSPECTIVAS . –Medellín, 27-30 de Noviembre de 2007 TÍTULO DEL TRABAJO: “ANÁLISIS PARA LA INTERCONEXIÓN DE UNA PLANTA EÓLICA A UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN” Lugar y fecha de elaboración del documento: San José, Costa Rica, Enero-Junio 2007 Subtema: GENERACIÓN . Área: G2-2 Autor/es: MARCO ACUÑA MORA y LUIS FDO. ANDRÉS JÁCOME, Ingenieros Eléctricos. Empresa o Entidad: Ambos: COMPAÑÍA NACIONAL DE FUERZA Y LUZ, S.A., CNFL, S.A. Cargo: en orden; Ingeniero de Planificación y Jefe Dpto. Planificación y Diseño de la CNFL, S.A. Autor Responsable: MARCO ACUÑA MORA, CNFL, S.A., Plantel Virilla, La Uruca, Costa Rica, Apartado Postal: 10026-1000, Tel: (506) 295-5683, Fax: (506) 286-2787, e-mail: maacuna@cnfl.go.cr DATOS DE LA EMPRESA. Dirección: San José, C. R. PALABRAS-CLAVE: Calidad de Código Postal: 10026-1000 tensión, generadores de inducción, Teléfono: (506) 295-5680 modelado y análisis de plantas Fax: (506) 296-2787 eólicas, requerimientos de tensión. E-Mail: deppladi@cnfl.go.cr Resumen --- La CNFL, S.A., la cual es una empresa de Todos los aerogeneradores de la planta eólica fueron distribución y generación de energía eléctrica, ha representados mediante un modelo dinámico incursionado en el tema de la generación a partir de fuentes equivalente. Este modelo agrupado se basa en la alternativas, en este caso el viento. Los proyectos planeados suposición de que todos los aerogeneradores tienen van a ser conectados a la red de distribución. En vista de lo características eléctricas y mecánicas similares así anterior, se hace necesario prever el comportamiento del como que estén conectados a un mismo punto. El sistema de distribución ante la conexión de una planta eólica análisis del sistema planta eólica - red se llevó a cabo y además, prever el posible comportamiento de la planta en Matlab/SimPowerSystems, para lo cual se ante eventos de tensión característicos del sistema de distribución. Se realizará el modelado y análisis de la utilizaron modelos dinámicos de aerogeneradores con interconexión de un parque eólico de mediana capacidad parámetros de maquinas eólicas genéricas. Con el (15 MW) a un sistema de distribución eléctrica con una análisis realizado se pudo concluir que la tecnología tensión de 34,5 kV. Se plantearon dos objetivos, el primero que presenta un mejor desempeño ante las fue visualizar el comportamiento de la tensión de la barra de perturbaciones de tensión y la que impacta menos en interconexión del parque eólico ante diferentes condiciones la tensión de la barra de interconexión es la de de operación del parque, tales como arranque, desconexión velocidad variable con DFIG. Con base en las y variaciones en la velocidad del viento. El segundo conclusiones se recomendó valorar la adquisición de objetivo fue visualizar el comportamiento dinámico del aerogeneradores DFIG con un sistema de tolerancia parque eólico ante perturbaciones de tensión reales del sistema de distribución. Estas perturbaciones son las que de voltaje (VFRT) para que los clientes conectados a presenta el sistema de distribución en la época del año en la la misma barra que el parque eólico perciban la menor que la generación del parque es máxima y en la cual las cantidad de eventos de tensión generados directa e salidas de operación de este es crítica para el abastecimiento indirectamente por el parque y para que el parque sea de la demanda eléctrica de la CNFL, S.A. y el país. Para capaz de tolerar la mayoría de los eventos de tensión ambos objetivos planteados se analizaron dos característicos del sistema de distribución y tecnologías de aerogeneradores; los de inducción transmisión. directamente conectados (IG), los cuales son de velocidad fija, y los de inducción doblemente alimentados (DFIG), los cuales son de velocidad variable. 1
  • 2. I. Introducción operación del parque y el impacto de las La energía eólica ha tenido gran auge en Costa Rica perturbaciones típicas de tensión del sistema de en la última década ya que la máxima generación con distribución en el desempeño del parque eólico. este tipo de fuente energética se da en los meses de verano, cuando las reservas de agua en los embalses II. Tecnologías Consideradas se reducen considerablemente. Por esta razón, por A. Generadores de inducción directamente aspectos ambientales y porque los costos de conectados (IG). generación eléctrica con este tipo de fuente son Este tipo de aerogeneradores es de construcción competitivos, el país ha entrado en este campo. relativamente simple y robusta. Éste consiste en una turbina eólica, una caja de engranajes, un banco de Hoy en día el Instituto Costarricense de capacitores y un generador de inducción de rotor jaula Electricidad (ICE), tiene incorporado a su red de de ardilla o rotor devanado directamente conectado a transmisión cerca de 70 MW de energía eólica [1] y la red a través de un transformador elevador, ver Fig. planea la incorporación de 180 MW más para los 1. próximos 20 años [1]. Para el caso de la CNFL, S.A., planea incorporar generación eólica pero en su Este tipo de aerogeneradores son regularmente sistema de distribución, algo nuevo para la Empresa y conectados (“cut in”) a la red mediante un arrancador para el país, ya que los sistemas de distribución, por suave o “soft starter”. Este consiste en dos tiristores sus características, presentan una mayor cantidad de de potencia antiparalelos por fase que limitan la fallas que producen perturbaciones de tensión que corriente (rms) de arranque de los aerogeneradores. afectan el desempeño de los aerogeneradores. La Sin este dispositivo, la corriente “inrush” puede ser CNFL, S.A. planea incorporar cerca de 30 MW de unas 7 u 8 veces mayor a la corriente (rms) nominal; generación eólica en el corto plazo y planea por lo tanto, con este elemento electrónico de incorporar cerca de 80 MW más en el mediano y largo potencia, se reducen las perturbaciones en la tensión plazo. del sistema causadas por la alta demanda de potencia reactiva en el arranque [2]-[4]. Después del arranque Actualmente las tecnologías de aerogeneradores se (2-3 segundos de la conexión) se acciona un “bypass” diseñan para que sean más robustos y soporten que deja sin efecto a los tiristores para reducir las perturbaciones de tensión típicas de una red de pérdidas de energía del sistema. distribución y transmisión y se mantengan conectados a la red durante el disturbio (generalmente “sags”). Lo anterior debido en parte a que la incorporación de energía eólica en redes de distribución es un hecho desde hace varios años. Por ejemplo, en septiembre del 2003, habían 166 MW de energía eólica conectados al sistema eléctrico Irlandés, y de éstos el 50% estaban conectados al sistema de distribución Fig. 1. Esquema de un generador de inducción directamente [2]. Los sistemas de distribución de energía eléctrica conectado (IG). Tomado de [5]. han sido diseñados y planeados para servir de energía de calidad a los clientes y no para recibir generación La corrección del factor de potencia del generador se eólica. Por lo tanto, se debe realizar un análisis de realiza mediante un banco de capacitores en paralelo interconexión para determinar el impacto en la calidad conectados en el lado de baja tensión del trasformador de energía de este tipo de tecnología de generación. elevador. Este tipo de generador no posee control interno de potencia reactiva ni capacidad para El sistema analizado es parte del sistema de soportar corrientes de falla [6]. Esta distribución de la Compañía Nacional de Fuerza y Luz, S.A. (CNFL), empresa que sirve la mayor parte Las aspas del rotor que extraen la energía cinética del Área Metropolitana de Costa Rica. El parque del viento pueden tener un control aerodinámico eólico tiene una capacidad de 15 MW y se llamará pasivo de velocidad llamado “stall” o un control Planta Eólica del Valle Central (PEVC). dinámico del tipo “pitch”. En la práctica la salida de potencia de este generador fluctúa considerablemente, Se estudiaron dos tecnologías de aerogeneradores y ya que, esta depende del viento, que por naturaleza además los requerimientos internacionales para varía en intensidad y dirección. plantas eólicas así como máquinas comerciales que cumplen estos requerimientos. Se analizó la calidad Existen diversas desventajas para el generador de de la energía del punto de interconexión y sus inducción directamente conectado. Entre estas se características eléctricas para llevar a cabo el análisis. puede citar la susceptibilidad ante corrientes de falla Para determinar como se comportará el sistema que hace que en países en que la penetración de la eléctrico de la CNFL, S.A, se realizó la simulación del energía eólica con este tipo de tecnología es alta, se sistema de distribución y el parque eólico en Matlab 7 pierdan cantidades de potencia eólica de hasta cientos y se utilizó el módulo SimpowerSystems de Simulink de MW debido a fallas del sistema de extra alta para tal efecto. tensión. También poseen problemas de “flicker” debido a su baja inercia [6] y efectos de Se analizó el impacto del parque en la tensión de la sincronización en estado estable. Además, sus bancos barra de interconexión ante diferentes condiciones de de capacitores, aportan menos reactivo durante 2
  • 3. condiciones de falla, pero la demanda por parte de los DFIG, usualmente utilizan el concepto de la aerogeneradores puede aumentar. Esto hace que se transformación de las variables del rotor de la degrade considerablemente la estabilidad de tensión máquina (corrientes, voltajes, flujos, etc.) al marco de del sistema de potencia al demandarse una gran referencia dq0, tratando por separado los voltajes del cantidad de potencia reactiva lo cual puede ser rotor vdR, vqR. Entonces la potencia real (y velocidad) riesgoso si no se posee suficiente reserva de potencia puede ser controlada por la influencia de la reactiva [6]. componente de eje directo de la corriente del rotor idR mientras que la potencia reactiva puede ser controlada B. Generadores de inducción doblemente manipulando la componente de eje de cuadratura de la alimentados, DFIG corriente del rotor iqR [11]. Para explicar lo anterior se Los aerogeneradores de velocidad variable con presentan las ecuaciones (2)-(6) corresponden al DFIG están siendo utilizados ampliamente en la modelo del generador de inducción en el marco de actualidad en el campo de la generación eólica. Lo referencia dq0. τ e = ( )(ΨdS iqS − ΨqS idS ) anterior debido a que los estándares de tolerancia de 3 p (2) tensión para los aerogeneradores son cada vez más 2 2 estrictos [7]-[9] y este tipo de aerogeneradores presenta un mejor desempeño ante perturbaciones de 3 3 ( PS = v0t dqS i0 dqS = 2v0 S i0 S + v dS idS + v qS iqS ) tensión y regulación de tensión y potencia [10]. La 2 2 turbina eólica limita la potencia extraída del viento (3) PR = v0t dqR i0 dqR = (2v0 R i0 R + v dR idR + v qR iqR ) durante altas velocidades de viento mediante el 3 3 sistema “pitch”, generalmente. 2 2 La máquina DFIG consiste en una turbina eólica de (4) QS = (v qS idS − v dS iqS ) velocidad variable, conectada mediante una caja de 3 (5) engranajes a un generador asíncrono de rotor 2 QR = (v qR idR − v dR iqR ) devanado. El rotor es conectado a la red mediante 3 (6) convertidores electrónicos de potencia tipo PWM, ver 2 Fig. 2. El estator es conectado directamente a la red, de aquí su nombre “generador doblemente Donde p es la cantidad de polos de la máquina, alimentado”. τ e es el torque electromagnético, Ψ es el flujo, P es la potencia activa, v es el voltaje, i la corriente y Q la potencia reactiva. Los subíndices; d, eje directo, q, eje en cuadratura, 0, eje 0, S, estator y R, rotor. El control de la potencia se puede mostrar fácilmente considerando estado estable y operación balanceada. P y Q dadas por las ecuaciones (7)-(8) se derivan del modelo de la máquina asincrónica en el marco de referencia dq0 de las ecuaciones (2)-(6) y asumiendo que vdS = vS. 3 Lm (7) PS = − v S idR Fig. 2. Esquema de un generador de inducción doblemente 2 LS alimentado, DFIG. Tomado de [10] 3 ⎛ v2 L ⎞ (8) El tipo y capacidad de los convertidores del rotor QS = − ⎜ S + m v S iqR ⎟ ⎜ ωL ⎟ 2 ⎝ S LS ⎠ determina el ámbito de velocidades de operación del aerogenerador. Lo anterior debido a que el rotor Donde Ls y Lm son las inductancias del estator y la entrega una fracción de potencia a la red que es de magnetización respectivamente. Este método de proporcional al deslizamiento [10]. Cuando la control de potencia es usado generalmente para el velocidad angular del aerogenerador es subsíncrona la DFIG. potencia fluye de la red al rotor y cuando es supersíncrona, la potencia fluye del rotor al estator El rotor del generador y los convertidores son por medio de los convertidores. Esto se explica protegidos mediante un sistema de protección contra fácilmente según la siguiente expresión: sobrecorrientes llamado “crowbar” [12]. El disparo de PR = − sPS (1) este sistema de protección es el medio por el cual el Donde PR es la potencia entregada por el rotor, PS generador desconecta el rotor de la red ante una es el la potencia entregada por el estator y s es el perturbación en el sistema que esté fuera del esquema deslizamiento. de protecciones de la máquina, entonces, el DFIG funciona como un aerogenerador directamente La operación a velocidad variable es obtenida conectado o IG. excitando mediante una tensión variable de cierta frecuencia al rotor, lo cual genera una corriente variable que permite esta función. Los controles del 3
  • 4. III. Requerimientos de Tolerancia de Tensión año en la que la planta eólica tendrá su máxima Para Aerogeneradores generación [14] y cuando es más crítica una salida de operación. Los requerimientos de operación e interconexión de los parques eólicos dependen de las necesidades de las El hueco de tensión más severo medido en cuanto a empresas ya que las redes y sistemas se comportan magnitud residual de tensión en S.T. Escazú es del eléctricamente diferentes. Por esto empresas a nivel 3% en fase A, 2% en fase B y 4% en la C y duró 450 mundial han adoptado requerimientos que los ms, sin embargo se presentó otro de 650 ms con una fabricantes deben cumplir para entrar en sus tensión residual de 19% en la fase A, 22% en fase B y mercados. Hoy en día, en consecuencia de lo anterior, 20% en fase C. Tanto en magnitud y duración, los los fabricantes de aerogeneradores han mejorado sus eventos son sumamente fuertes y corresponden a tecnologías [13] para garantizar que sus máquinas tiempos de despeje característicos para un sistema de cumplan con los requerimientos técnicos de operación distribución. e interconexión de diferentes empresas eléctricas a nivel mundial [7]-[9]. Esto ha hecho que desde el A partir de la recolección de datos de eventos de punto de vista técnico, existan máquinas que cumplen tensión de la subestación en época de verano, se estos requerimientos, principalmente en el aspecto de realizó una simulación de probabilidad de ocurrencia tolerancia de tensión. Tal es el caso de una empresa [15] de eventos de tensión. La variable a estudiar es la que dio a conocer aerogeneradores con una curva de magnitud residual del evento. Con este análisis se tensión de operación que llenan los requerimientos de llegó a estimar que la probabilidad de tener un hueco [7]-[9], [13]. La curva publicada por esta empresa se de tensión con valor residual menor al 50% es del 7%, muestra en la Fig 3. menor al 40%, 2% y menor al 30%, 1%, por lo que la mayoría de perturbaciones poseen una tensión residual mayor al 50%. Con base en el estudio de perturbaciones para la subestación se establecerá para la simulación posterior, fallas simétricas que causen una tensión residual de 5% en la barra de interconexión con una duración de 650 ms. Esta falla, aunque no sea frecuente (<1% de probabilidad), representa una de las más severas esperadas para el sistema de potencia en la Subestación de Interconexión. Para exponer la capacidad de una máquina comercial de tolerar las perturbaciones de la barra de interconexión del PEVC, se graficó la curva Fig. 3. Tolerancia de tensión para aerogeneradores fabricados por de la Fig. 3 en un gráfico de eventos de tensión. Ver un fabricante, Tomado de [13]. Fig. 4. La curva de la Fig. 5 cumple con los requerimientos de las empresas de [7]-[9]. Esto hace 110 Eventos que Afectan Barra de Interconexión, Con VRT Comercial suponer que el obstáculo técnico para mejorar el Sags 100 desempeño de los aerogeneradores ante 90 perturbaciones severas está cada vez más superado. El Magnitud Residual, p.u. 80 70 aspecto que hay que estudiar es el económico, ya que 60 VRT Comercial es posible que no sea rentable tener un parque eólico 50 inmune a perturbaciones típicas para ciertos sistemas 40 de potencia. 30 20 10 IV. Estudio Preliminar de la Barra de 0 interconexión 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 Duración del Evento, s 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 Es fundamental estudiar el punto de interconexión Fig. 4. Curva de tolerancia de tensión de una máquina comercial donde se interconectará un parque eólico. El estudio graficada sobre eventos de tensión de la barra de interconexión del PEVC. preliminar del punto de interconexión debe considerar, entre otros aspectos, la calidad de energía En la Fig. 6 puede apreciarse que aunque algunos del mismo (“sags”, “swells”, duración y magnitud por eventos causarían el disparo del PEVC, la mayoría de fase), su capacidad de cortocircuito y la relación X/R. estos serían tolerados por los aerogeneradores. Para Los datos de capacidad de cortocircuito y X/R son determinar la capacidad de cortocircuito del punto de determinantes para el comportamiento del sistema interconexión, se solicitó al ICE (operador del sistema parque eólico-red de distribución en lo que respecta a de transmisión en Costa Rica) el dato correspondiente fluctuaciones del tensión tal y como se verá adelante. a la capacidad de cortocircuito, el cual es de 2605 MVA y la relación X/R del punto de interconexión, el Para la Subestación de interconexión se tienen cual es de 3.1. En la subestación de interconexión mediciones de perturbaciones de tensión, realizadas existe una entrada para interconectar el PEVC, por lo por los medidores en línea de la subestación, para el que el espacio no es limitante, tampoco lo son verano que va de diciembre del 2006 a abril 2007. Se aspectos de medición, monitoreo y control en la hizo énfasis en este periodo porque es la época del subestación. 4
  • 5. V. Modelo Dinámico Equivalente de la Planta puede ser representada como un generador de Eólica inducción equivalente. El torque de todas las turbinas puede ser sumado y conduce a la inercia equivalente A. Sincronización de aerogeneradores de velocidad como se ve en (9), la cual es la ecuación de oscilación constante [18]. La sincronización de aerogeneradores se da en ⎛ ⎞ estado estable y no se refiere a que estos operen a la ⎜ ∑ J i ⎟ω t = ∑τ ti − ∑τ ei & (9) velocidad síncrona ya que si esto ocurre los ⎝ i ⎠ i i generadores no entregarían potencia activa a la red. Donde Ji es la inercia de cada generador, ωt, es la La sincronización ocurre para el caso de velocidad angular, τti, es el torque de la turbina i y τei, aerogeneradores de velocidad fija y se refiere a que es el torque eléctrico del generador i. Si las cuando las aspas de las turbinas del parque eólico diferencias de la velocidad de viento para los adquieren la misma velocidad angular, el ángulo aerogeneradores del parque se consideran muy relativo de estas permanecen constantes. Bajo estas pequeñas, un modelo aerodinámico equivalente puede condiciones las fluctuaciones en estado estable de las ser utilizado. Este modelo incluye una velocidad del variables eléctricas y mecánicas de los viento equivalente según las ecuaciones (10) [18]. aerogeneradores puede causar efectos eléctricos ρ significativos en el punto de interconexión porque Pt = nc p ( β , λeq ) A 2 veq 2 ocurren simultáneamente para todos los 2 aerogeneradores del parque, dándose un efecto Rwt (10) λeq = “acumulado”. Las fluctuaciones se deben, entre otros veq aspectos, al efecto sombra de la torre sobre las aspas, 1 comportamiento de la magnitud y dirección de la velocidad del viento respecto a la altura en la veq = ∑ vwi n i superficie de barrido de las aspas y turbulencias en el Donde Pt es la potencia mecánica total, n es el área de barrido de las aspas [16]-[17]. Estas número de aerogeneradores del parque eólico, cp es el fluctuaciones provocan variaciones de la potencia coeficiente de potencia, β, es el ángulo de paso generada, impactándose de esta forma la tensión del (“pitch”), λeq, es el cociente de la velocidad de la punto de interconexión. punta del aspa equivalente, ρ, es la densidad del aire, A, es el área de barrido del rotor, veq, es la velocidad La sincronización de los aerogeneradores de un del viento equivalente a la altura del “hub”, Rwt, es el parque de velocidad fija tiene una constante de tiempo radio del rotor (~ longitud del aspa) y vwi es la alta, por lo que es un fenómeno que no ocurre velocidad del viento del generador i. Como la rápidamente [16]. velocidad en todo el parque eólico ha sido considerada como la misma, una representación En el presente análisis no se consideró la posible equivalente del controlador del ángulo de paso problemática de la sincronización de los “pitch” es suficiente para representar el control del aerogeneradores ya que el análisis del parque eólico ángulo de paso del modelo agregado. en estudio no contempla solamente el caso de aerogeneradores de velocidad constante. Este efecto Debido a que las oscilaciones del eje causan podría ser considerado en futuros estudios más variaciones de potencia en generadores de velocidad detallados. fija, es recomendable utilizar el modelo de dos masas del eje en el modelo agregado y no agregar las B. Agrupamiento de aerogeneradores de Velocidad inercias de las turbinas pero sí las inercias de los Constante (IG) aerogeneradores, tal y como lo expresa (11) [19]. m Las plantas eólicas consisten en decenas o centenas J geq = ∑ J gi (11) de aerogeneradores conectados por una serie de i =1 alimentadores a un mismo punto. Solamente para El agrupamiento de los aerogeneradores provoca estudios propios de la planta, se requiere analizar toda que la potencia reactiva generada o consumida por la la planta eólica en detalle, representando cada uno de totalidad del parque sea la suma de las potencias de los aerogeneradores mediante un modelo cada aerogenerador. O sea: individualizado [18]. Cuando se requiere realizar n estudios de impacto eléctrico de la totalidad de un S eq = ∑ S i parque eólico a un sistema de potencia como el i =1 (12) propuesto o cuando se requiere estudiar la interacción n de un parque eólico con otro, un modelo detallado es Qeq = ∑ Qi i =1 impráctico debido a la cantidad de cálculos y tiempo Donde Seq es la potencia aparente nominal y Qeq es de simulación elevados [18]. Para este tipo de la potencia reactiva de los sistemas de compensación estudios, el parque eólico puede ser simulado con un de los aerogeneradores. modelo equivalente, visto desde el punto de interconexión tal y como se presenta adelante. Para una representación de la contribución del parque eólico a la corriente de cortocircuito, la Como las desviaciones de la velocidad angular impedancia de la red que alimenta los nominal de los aerogeneradores de un parque eólico aerogeneradores debe ser considerada. Por lo tanto, la de velocidad fija son mínimas, esta planta eólica impedancia de cortocircuito del modelo agregado 5
  • 6. debe ser igual a la impedancia de cortocircuito del Z = RS + jX S , para el ramal del estator, Z = 0 + jX M parque eólico. Cuando se representa la planta eólica como un generador de inducción equivalente que para el ramal de magnetización y Z = RR + jX R para s tiene n veces el tamaño de cada generador individual, pero la misma impedancia en p.u., la impedancia que el ramal del rotor. σ i es el mismo que en (15). modela la red del parque eólico necesita ser determinada, tal y como se hace en (13) [18]. Para determinar la resistencia del rotor y el deslizamiento de operación de la máquina agrupada, 1 es necesaria otra relación además de la ecuación (16). Z red = Z ′′ parque − ′′ Z geni (13) n Esta ecuación requerida en el método se obtiene Donde Z ′′ asumiendo que el deslizamiento crítico (deslizamiento parque es la impedancia de cortocircuito en el cual la característica torque-velocidad de la de la granja eólica vista desde el punto de máquina es máxima) del generador agrupado es el ′′ interconexión y Z geni es la impedancia subtransitoria equivalente promedio de los deslizamientos críticos de cada aerogenerador. de los generadores individuales. Esto es para asegurar que la región de operación del generador agrupado (definida desde el máximo de la característica torque- Los parámetros del generador de inducción velocidad y la velocidad síncrona) estará dentro de las equivalente se pueden obtener utilizando el método de regiones de operación de las máquinas individuales “weighted admitance averaging”. Este método se [20]. El método presentado se basa en razonamientos basa en el diagrama del circuito equivalente de la físicos y en consecuencia genera un mejor cálculo de máquina de inducción de la Fig. 5. Adelante se los parámetros eléctricos y mecánicos equivalentes describe el mismo [19]. tanto para máquinas de velocidad fija como variable. Sin embargo, para este último tipo de máquinas se Rs Xs XR deben tomar en cuenta los aspectos que se expondrán a continuación. Xm RR / s C. Agrupamiento de Aerogeneradores de Velocidad Variable El agrupamiento de aerogeneradores de velocidad variable solo se justifica si se considera una velocidad Fig 5. Circuito del modelo equivalente de una máquina de del viento y velocidad angular de los ejes similares inducción. Tomado de [18] para todos los aerogeneradores a ser agrupados. Esta suposición puede ser útil cuando no se desea un nivel La constante de inercia se calcula utilizando las de detalle alto del comportamiento del parque eólico, ecuaciones (14) y (15). como por ejemplo para los estudios iniciales. También n H agr = ∑ σ i H i (14) puede ser útil para cuando se realicen simulaciones de i =1 corta duración, como por ejemplo, análisis de Donde H es la constante de inercia agregada y Hi es estabilidad transitoria, donde el comportamiento la misma para el i-ésimo generador. El coeficiente de mecánico no tiene un gran impacto en las tensiones y la potencia que fluye al punto de interconexión [18]. peso σ i se define como el valor nominal relativo en Para estos casos un modelo agrupado que consiste en KVA del generador individual i con respecto al valor n veces el tamaño de cada aerogenerador es una muy nominal del generador agrupado [20]. Este se presenta buena aproximación. en la ecuación (15). KVAi KVAi (15) Se recomienda para simulaciones de larga duración σi = n = KVAagr solamente agrupar los componentes eléctricos y no los ∑ KVAi i =1 mecánicos de los aerogeneradores, según los métodos El presente método de admitancias equivalentes expuestos. Por lo tanto, el modelo agrupado propuesto presenta el cálculo de los parámetros equivalentes tal para un parque eólico de aerogeneradores con y como si se conectaran los circuitos equivalentes de velocidad variable usa un modelo equivalente los generadores en paralelo y se redujera estos hasta agrupado para: tener un circuito equivalente total. La ecuación (16) presenta la manera de calcular los parámetros • Convertidores de electrónica de potencia y agregados de la máquina [20]. controles. 1 n ⎡ σ ⎤ • Parte eléctrica de los generadores. = ∑⎢ i ⎥ (16) Z agr i =1 ⎢ Z j ⎥ ⎣ ⎦ No se deben agrupar: Donde: • Inercia del generador. • Aerodinámica. • Controladores del ángulo de paso “pitch”. 6
  • 7. Un análisis con estos métodos de agrupamiento se de capacitores de los aerogeneradores (no mostrados realizaron en [18]. Con respecto a plantas de en la Fig. 6) y los de la barra oeste de la subestación velocidad fija, se hizo un análisis de fluctuaciones de de interconexión se simularon en paralelo mediante viento y análisis de fallas. Con respecto a máquinas de una configuración delta de una sola etapa. La planta velocidad variable, se llevaron a cabo análisis de hidroeléctrica conectada a la subestación es fallas y turbulencia del viento. Los modelos que representada como un generador sincrónico combinan el agrupamiento del sistema eléctrico, pero simplificado en régimen estable con excitación y par no así el mecánico de las plantas eólicas, son los más motor de entrada constante. apropiados para estudiar la interacción entre la planta eólica y el sistema de potencia. Estos modelos Matalab/SimPowerSystems representa proveen un alto grado de exactitud en diversas dinámicamente el generador de inducción por medio aplicaciones, como la simulación para estudiar la de un modelo de cuarto orden y la parte mecánica por estabilidad dinámica y transitoria. medio de un modelo de segundo orden. Todas las variables y parámetros son referidos al estator de la VI. Sistema simulado máquina y todas las cantidades del rotor y el estator están en el marco de referencia arbitrario, dq0. El El sistema simulado es representado equivalente del parque eólico será representado por esquemáticamente en la Fig. 6. La subestación de este modelo del aerogenerador. interconexión posee dos barras separadas, este y oeste, el PEVC se conectará a la barra este. La barra Para estudiar el impacto de la totalidad del PEVC oeste posee una planta de generación hidroeléctrica de en la barra de interconexión, el parque se modeló 25 MVA y un banco de capacitores de 12 MVAr. La realizando un aerogenerador equivalente, sin embargo simulación se llevó a cabo considerando el enlace de para el análisis del arranque se realizaron 5 grupos de barras en condición abierta, la cual es la condición aerogeneradores. Los bancos de capacitores son de normal de operación de la subestación. 269 kVAr por cada 850 kW de potencia activa. Los aerogeneradores funcionan a su potencia nominal para El modelo consiste en un sistema de transmisión una velocidad de viento de 9 m/s, y la regulación de equivalente de 138 kV con una capacidad de potencia y velocidad se realiza mediante el sistema cortocircuito de 2605 MVA y una relación X/R de “pitch”. Para la tecnología IG no se consideró 3.1. Este se simuló mediante una fuente de tensión de arranque suave o “soft starter” por razones de 138 kV y una impedancia en serie. disponibilidad del modelo para tal efecto. VII. Simulaciones y resultados Se analizará primero el efecto del arranque del PEVC en una sola etapa y en cinco etapas para la tecnología IG. Para visualizar la dependencia a la velocidad del viento de la tensión de la barra de interconexión, se simulará un aumento y disminución de la velocidad del viento para ambas tecnologías. Cabe mencionar que lo que se busca es previsualizar el posible comportamiento de la tensión de la barra de Fig. 6. Diagrama unifilar del sistema simulado. interconexión ante diferentes condiciones de velocidad del viento y no valorar la producción de Los transformadores reductores son de 45 MVA energía del PEVC, por esto no se utilizó un modelo 138/34,5 kV de tres devanados con el terciario en del comportamiento del viento. condición abierta y un porcentaje de impedancia AT- MT de 10.29% en base 30 MVA. No se consideró la Para el estudio del PEVC ante fallas, se analizaron saturación de los transformadores ni se consideró la dos esquemas de protección para el parque eólico. El incorporación de los cambiadores de derivación, por primer esquema permite al parque eólico operar a una lo tanto los trasformadores no son reguladores y tensión de 0.625 p.u. por 100 ms (esquema muy operan con su relación nominal de vueltas. Para todas similar al de los aerogeneradores instalados en Costa las líneas de distribución aéreas se utilizó un modelo Rica) [21] y el segundo permite operar el parque a una π, con una configuración horizontal plana y una tensión de 0.15 p.u. por 700 ms, lo cual corresponde a separación de fases de 1 m con conductor 477 MCM lo que pueden soportar algunos de los nuevos diseños AAC. La red colectora, la cual es la que va desde cada según los fabricantes de aerogeneradores [13]. El aerogenerador a la subestación colectora (la que primer esquema de protección fue aplicado a los colecta la energía generada en el parque y la aerogeneradores con IG y el segundo a despacha) se modeló mediante una red subterránea aerogeneradores con DFIG. con conductor 500 MCM con las fases en ductos separados. Estos circuitos son de una longitud de 1.5 Los aerogeneradores para ambas tecnologías son km. estables para fallas leves que acepta el esquema de protección 1 según las simulaciones realizadas. Para Los transformadores elevadores son de dos visualizar el comportamiento de la tensión de la barra devanados 34,5 kV/690V con %Z = 5%. Los bancos de interconexión ante una desconexión del parque se 7
  • 8. aplica la falla de larga duración al PEVC con que sí provoca la tecnología IG al momento del tecnología IG con el esquema de protección 1. Al arranque. El DFIG permite conectar el parque en una PEVC con aerogeneradores con DFIG se le aplica la etapa según la simulación. Las perturbaciones de falla de larga duración para observar su tensión se ven amortiguadas en su totalidad 100 ms comportamiento. Se simularon solamente fallas después de la conexión. Ver Fig. 9. En cuanto a la trifásicas para causar las depresiones de tensión calidad de energía de los clientes conectados a la requeridas. No se presentan fallas monofásicas barra de interconexión, se tiene que estos percibirían aunque si se estudiaron. Según [22], desbalances del los mismos transitorios de corta duración de la Fig. 9, 2% en la tensión en terminales de los aerogeneradores por lo que la calidad de energía no se vería impactada causan generalmente el disparo de estos en sistemas de manera significativa si se compara con el arranque de distribución, lo cual debe analizarse con más con la tecnología IG. Ver Fig. 7. detalle en otro trabajo. Las fallas se realizaron cuando el PEVC entrega la potencia nominal y con la velocidad del viento constante. A. Arranque del Parque para la tecnología IG La velocidad del viento al momento de la conexión es de 5 m/s y a partir del segundo este acelerará a 13 m/s paulatinamente a una tasa de 4 m/s2. Se debe Fig. 9. Tensión en la barra de interconexión al conectarse el tomar en cuenta que no se considera el arrancador parque en una etapa. El transitorio en la tensión dura cerca de 100 ms. Las 2 etapas fueron conectadas con un retardo de 50 ms por suave, por lo que las perturbaciones de corta duración efectos de tiempo de simulación. presentadas en este estudio se verían disminuidas considerablemente con este dispositivo. Cuando la La conexión en etapas del PEVC con DFIG presenta conexión se realiza en una sola etapa la tensión cae a transitorios de tensión de corta duración con valores no permisibles (< 0.95 pu), Ver Fig. 7, sin depresiones mayores a 0.9 p.u. este comportamiento embargo la duración de esta depresión es de es favorable para la calidad de la energía servida en la aproximadamente 50 ms. Cuando la conexión se S.T. Escazú. realiza en etapas, no se experimentan depresiones tan considerables, inclusive estas no entran dentro de la C. Efecto en la tensión de la barra de interconexión clasificación de un “sag” ya que su tensión residual es de las variaciones de la velocidad del viento con IG. mayor al 90%. Ver Fig. 8. Para prever el comportamiento de la tensión en la barra de interconexión se simuló el efecto que tendría sobre esta, las variaciones en la velocidad del viento. Se simuló una caída de velocidad del viento de 12m/s a 4 m/s y un aumento después de esto, de 4 m/s a 15 m/s. Los resultados hacen ver la relación inversamente proporcional que existe entre la tensión Fig. 7. Tensión en la barra de interconexión cuando se conecta el de la barra de interconexión y la velocidad del viento parque en una sola etapa. En este caso a tensión cae a menos de 0.95 pu. en el PEVC. Ver Fig. 10. Fig. 8. Tensión en la barra de interconexión cuando se conecta el parque en cinco etapas. En este caso la tensión también cae a valores menores a 0.95 pu, pero casi instantáneamente vuelve a valores mayores a 0.95 p.u. Aunque el arranque sea en etapas, existe Fig. 10. Tensión en la barra de interconexión cuando varía la fluctuación de la tensión en la barra de interconexión, velocidad del viento del PEVC con IG. Se da una relación lo cual podría afectar a los clientes eléctricamente inversamente proporcional. cercanos a la subestación. Si el parque se conecta como una sola etapa, la tensión en la barra de En la Fig. 10 se aprecia que las variaciones en la interconexión cae a valores no permisibles generando velocidad del viento en el PEVC afectarán la tensión un hueco de tensión (“sag”). Aunque se presente un de la barra de interconexión. La tecnología en este hueco de tensión considerable de corta duración, el caso es IG la cual no posee control de potencia PEVC alcanzará su generación nominal. reactiva ni regulación de tensión. En este caso la tensión en la barra de interconexión cae a valores de B. Arranque del Parque para la tecnología DFIG hasta 0.97 p.u., o sea más de un 3%. El La tecnología DFIG no causa los problemas de comportamiento mostrado en la Fig. 10 se debe a que tensión tan considerables en la barra de interconexión el punto de interconexión posee una relación X/R alta 8
  • 9. (inductiva), el cual consiste en un punto de una red F. Hueco de tensión (“sag”) de 0.05 pu y 650 ms con circuitos especialmente aéreos y muy cerca de para la tecnología DFIG provocado por una falla transformadores de potencia, como es el caso, por esto trifásica. la tensión se verá reducida ante el aumento en la generación de potencia activa [23]. El esquema de protección de 0.625 pu de tensión residual por 100 ms no permite que el parque D. Efecto en la tensión de la barra de interconexión permanezca en operación después de una falla que de las variaciones de la velocidad del viento con dure 650 ms y que tenga una tensión residual de 0.05 DFIG. pu. Si se tiene en el parque este tipo de tecnología con Para el caso de los DFIG se simuló el mismo los últimos diseños de tolerancia de tensión los comportamiento del viento. Los resultados hacen ver aerogeneradores pueden hacerle frente una falla con la relación inversamente proporcional que existe entre las características mencionadas. El parque puede la tensión de la barra de interconexión y la velocidad seguir entregando potencia de manera estable después del viento en el PEVC, sin embargo para el caso del de liberada la falla aunque esta sea una de las más DFIG la variación es mínima (< 0.01 p.u.). Ver Fig. severas en el sistema de distribución. Ver Fig 13. 11. Fig. 13. Tensión en la barra de interconexión del PEVC ante una depresión de tensión de 0.05 pu. Al estar el PEVC con el esquema de protección de 0.15 pu de tensión por 700 ms. El PEVC es capaz de seguir operando después de liberada la falla si la tecnología es DFIG. El PEVC toleraría esta falla porque la magnitud de Fig. 11. Tensión en la barra de interconexión cuando varía la la tensión en la barra de baja tensión de cada velocidad del viento del PEVC con DFIG. Se da una relación aerogenerador es mayor que en S.T. Escazú. Este inversamente proporcional con una variación mínima. comportamiento se debe a la capacidad del DFIG de aportar potencia reactiva durante la falla para elevar el El comportamiento de la tensión de la barra de nivel de tensión. Ver Fig. 14. En la Fig. 14 los valores interconexión es muy favorable cuando el PEVC tiene menores a cero implican generación de Q, lo cual se la tecnología DFIG. Este comportamiento se debe a da durante la falla el DFIG trata de mantener el nivel que el sistema de control está en modo de regulación de tensión. El aerogenerador con IG no puede realizar de tensión y hace que el DFIG se comporte como una esta función, por lo que es muy susceptible a compensación dinámica manipulando la componente depresiones de tensión y esta falla provocaría su de eje en cuadratura de la corriente del rotor. disparo definitivamente. E. Hueco de tensión (“sag”) de 0.05 pu y 650 ms para la tecnología IG provocado por una falla trifásica. Después de una desconexión del PEVC con IG provocada por una falla en el sistema de distribución, Fig. 14. Potencia reactiva en la barra colectora del PEVC. Negativo el nivel de tensión de la barra aumenta y se ubica en implica generación por parte de los aerogeneradores. un nuevo punto. Esto se debe a que el PEVC ya no está generando y la demanda de potencia reactiva a la VIII. Conclusiones barra de interconexión por parte del parque desaparece. Ver Fig. 12. Una manera práctica para analizar la interconexión de un parque eólico a un sistema de distribución ha sido presentada. El análisis va desde el estudio del punto de interconexión, hasta el análisis dinámico de la interacción parque eólico - red eléctrica. Del análisis se desprenden las siguientes conclusiones. La tensión en la barra de interconexión es susceptible a la entrada en línea y operación del parque eólico por la Fig. 12. Tensión en la barra de interconexión del PEVC ante una dependencia que existe entre la tensión y a potencia depresión de tensión de 0.05 pu por 650 ms. Al estar el PEVC con generada. Los aerogeneradores directamente el esquema de protección de 0.625 pu de tensión por 100 ms. conectados (IG) no tienen la suficiente robustez para tolerar las perturbaciones de tensión típicas de la barra de interconexión. Los aerogeneradores doblemente alimentados (DFIG) hacen que no se impacte de manera importante la tensión de la barra de interconexión durante el arranque y el instante 9
  • 10. posterior a la liberación de una falla, así como durante [8] Wind Farm Power Station Grid Code Provisions, ESB National Grid, Jul. 2004. Available: http://www.eirgrid.com la operación normal. Con respecto a la robustez ante [9] Wind turbines connected to grids with voltages below 100 kV, perturbaciones de tensión, los aerogeneradores Eltra-Elkraft Standard TF 3.2.6, May. 2004. Available: doblemente alimentados superan las fallas del sistema http://www.eltra.dk de distribución de una manera sustancialmente mejor [10] R. Gagnon, G. Sybille, S. Bernard, D. Paré, S. Casoria, C. Larose, “Modeling and Real-Time Simulation of a Doubly- que los directamente conectados. Se recomienda la Fed Induction Generator Driven by a Wind Turbine,” utilización de aerogeneradores con tecnología presentada en la International Conference on Power Systems doblemente alimentada debido a que la barra de Transients (IPST´05), Montreal, Canada, 2005. interconexión no es lo suficientemente robusta ni [11] T. Gjengedal, "Large scale wind power farms as power plants," presentada en la Nordic Wind Conference, Göteborg, presenta un nivel de calidad de energía que permita la Suecia, 2004. operación confiable de un parque con aerogeneradores [12] S. Seman, J. Niiramen, y A. Arkkio, "Ride-Through Analysis IG según el análisis eléctrico y de calidad de tensión of Doubly fed induction wind-power generator under del punto de interconexión. Se recomienda que los unsymmetrical network disturbances," IEEE Trans. Power Systems, vol. 21, pp. 1782-1789, Nov. 2006. aerogeneradores a ser instalados en el PEVC tengan [13] Vestas Wind Systems A/S, Advanced Grid Option 2, Dic. un sistema de tolerancia de tensión (VRT) para que la 2003. entrega de potencia no esté supeditada a los disturbios [14] Lahmeyer International – Insuma, Estudio de Factibilidad característicos del sistema de distribución. para el Proyecto Eólico del Valle Central, Lahmeyer International - Insuma, San José, Costa Rica, 2004. [15] C. T. Ragsdale, Spreadsheet Modeling and Decision Analysis, IX. Agradecimientos USA: South-Western Educational Publishing, 3ra. Ed. 2000, p. 496-508. Los autores agradecemos a los funcionarios R. [16] J. Cidrás, A. E. Feijóo, “Synchronization of Asynchronous Sancho, A. Zaglul y J.C. Montero del Laboratorio de Wind Turbines,” IEEE Trans. Power Systems, vol.17, NO. 4, Simulación de Sistemas de Potencia (LSSP) del ICE; pp. 1162-1169, Nov. 2002. por su gran colaboración en la realización de este [17] T. Burton, D Sharpe, N. Jenkins, E. Bossanyi, Wind Energy Handbook, Inglaterra: Wiley, 2006, p. 284. trabajo. También agradecemos a la Escuela de [18] M. Pöller, S. Achilles, “Aggregated Wind Farm Models for Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Costa Rica Analyzing Power System Dynamics,” presentada en la 4th por la su valioso aporte para la realización del international workshop on large-scale integration of wind presente estudio. power and transmission networks for offshore wind farms (Proc.), Billund, 2003. [19] D. J. Trudnowski, A. Gentile, J. M. Khan, E. M. Petritz, XI. Apéndice “Fixed Speed Wind Generator and Wind Park Modeling for Transient Stability Studies,” IEEE Trans. Power Systems, TABLA I vol.19, NO. 4, pp. 1911-1917, Nov. 2004. Parámetros Utilizados para las Máquinas de [20] F. Nozari, M.D. Kankam, y W. Price, "Aggregation of Inducción induction motors for transient stability load modeling," IEEE Trans. Power Systems, vol. PWRS-2, pp. 1096-1102, Nov. Parámetros IG Parámetros DFIG 1987. Potencia : 660 kW Potencia: 850 kW [21] J. C. Montero, R. Sancho, J. Sancho, "Estudio del impacto de Tensión Nominal: 690 V Tensión Nominal: 690 V fallas trifásicas y monofásicas de la red de 230 kV del SEN en la generación eólica," LSSP-ICE, San José, Costa Rica, Frecuencia: 60 Hz Frecuencia: 60 Hz Informe: LS-0408-30, Ago. 2004. Rs: 0.0063 p.u. Rs: 0.0576 p.u. [22] L. Xu, Y. Wang, "Dynamic Modeling and Control of DFIG- Based Wind Turbines Under Unbalanced Network Ls: 0.0609 p.u. Ls: 0.0900 p.u. Conditions," IEEE Trans. Power Systems, vol. 22, pp. 314- Rr’: 0.0189 p.u. Rr’: 0.0216 p.u. 323, Feb. 2007. Lr’: 0.7652 p.u. Lr’: 0.1440 p.u. [23] T. Petru, T. Thiringer, “Modelling of Wind Turbines for Power System Studies,” IEEE Trans. Power Systems, vol.17, Lm: 4.24 p.u. Lm: 4.56 p.u. NO. 4, pp. 1132-1139, Nov. 2002. Pares e Polos: 2 Pares e Polos: 3 Constante de Inercia: 5 s. Constante de Inercia: 3 s. XIII. Biografías Marco Acuña Mora nació en Guápiles, Costa Rica el 7 de XII. Referencias septiembre de 1980. Se graduó en la Universidad de Costa Rica en [1] CEMPE, “Plan de Expansión de la Generación Eléctrica de el 2004 como bachiller en Ingeniería Eléctrica. Es egresado del Costa Rica 2006-2025”, ICE, Enero 2006, San José, Costa grado de licenciatura de la Universidad de Costa Rica y Rica. actualmente cursa una Maestría Profesional en Ingeniería Eléctrica [2] K. Burges, "Dynamic modelling of wind farms in en la misma Universidad. Trabaja desde el 2004 en la CNFL, S.A. transmission networks," ECOFYS, Berlín, Alemania, 2004. en planeamiento y diseño de sistemas de distribución de energía [3] T. Ackermann, Wind Power in Power Systems, Stockholm, eléctrica integración de proyectos de generación. Sus campos de Sweden: Wiley, 2005, p. 72, 110. interés son planeamiento y diseño de sistemas de distribución, [4] Y. H. Song, A. T. Johns, Flexible AC Transmission Systems simulación de sistemas de media tensión y máquinas eléctricas para (FACTS), Herts, United Kingdom, IEE, 1999, p. 569. generación a partir de fuentes de energía renovables. [5] F. Iov, A. D. Hansen, P. Sorensen, F. Blaabjerg, "Wind Turbine Blockset in Matlab/Simulink and Description of the Luis Fdo. Andrés Jácome, nació en San José, Costa Rica el 31 de Models," Aalborg University – RISO Tech. Report. Marzo, julio de 1964. Se graduó en la Universidad de Costa Rica en el 2004, Disponible: 1986 como bachiller en Ingeniería Eléctrica. Es egresado del grado http://www.iet.auc.dk/Research/research_prog/wind_turbine/P de licenciatura de la Universidad de Costa Rica y actualmente cursa rojects/ SimPlatformPrj/htm_files/Project.htm una Maestría Profesional en Ingeniería Eléctrica en el mismo [6] J. E. McArdle, "Dynamic modeling of wind turbine generators centro. Labora desde octubre de 1986, en la CNFL, S.A. and the impact on small lightly interconnected grids," Wind Actualmente es el jefe del Departamento de Planificación y Diseño, Engineering, vol. 28, No. 1, pp. 57-74, 2004. área encargada de lo relacionado con la ingeniería de distribución, [7] Wind Power Facilities Technical Requirements, Alberta planeamiento, especificación y diseño de las obras requeridas por el Electric System Operator Standard, Nov. 2004. Available: sistema de distribución de CNFL, S. A. http://www.aeso.ca 10