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Huecos de tensión y generación eólica
Edición enero 2007

Los sistemas eléctricos de potencia están experimentando un gran cambio en su estructura con la incorporación de la producción eléctrica de las llamadas energías renovables. Frente a la imagen del pasado de un sistema compuesto por relativamente pocos generadores de gran potencia, todos ellos pertenecientes a la tecnología síncrona, se abre paso a una nueva organización con múltiples generadores de varias tecnologías.

Los operadores del sistema se encuentran con el grave problema de acoplar este nuevo tipo de generación, también denominada generación distribuida, que tiene sus propias características, para conseguir que el sistema sea seguro y fiable.
Para ello han elaborado procedimientos de operación que indiquen las condiciones que han de cumplir los nuevos generadores para que su incorporación no cree problemas a la operación del sistema.

Asuntos tales como la influencia de los parques eólicos en la regulación de frecuencia y tensión, reserva del sistema, oscilaciones síncronas, huecos de tensión, etc., están siendo estudiados en el marco de este nuevo escenario.

Huecos de tensión
En un sistema eléctrico se efectúan maniobras de arranque de grandes motores, acoplamiento de transformadores a la red e inserción de condensadores. En cada una de estas maniobras se produce una alteración de la tensión.
Asimismo, el sistema recibe impactos de rayos, se producen faltas entre fases o a tierra. En todos estos casos, la tensión sufre una brusca variación, que se transmite, atenuándose a todo el sistema.

El hueco de tensión es la reducción brusca de la tensión en una fase y posterior recuperación de la misma en milisegundos.
Normalmente, para simplificar, se asimila a una onda cuadrada con una tensión remanente UR, en tanto por ciento de la nominal, y un tiempo que oscila entre 100 y 600 milisegundos, y se recupera entre 1 y 3 segundos después.

El hueco de tensión afecta fundamentalmente a la electrónica de los consumidores, en los ordenadores, procesos de control, etc. Pero también afecta a los parques eólicos que emplean generadores asíncronos, aunque si el hueco tiene una duración grande, superior a los 600 milisegundos, también afecta a los generadores síncronos.

Procedimiento de huecos de tensión
Los operadores del sistema europeos (TSO) han elaborado normas de huecos de tensión máximos que deben cumplir los parques eólicos y sus generadores en particular.
No hay unanimidad al respecto, y cada uno de ellos ha elaborado un Código de Red (Grid Code) que recoge tanto los huecos de tensión, como el resto de los requisitos de red.
En los dos Códigos de Red más importantes ya en vigor, correspondientes a ELTRAELKRAFT de Dinamarca y E.ON de Alemania, se especifican unos huecos de tensión de UR = 0% UN; t = 100 ms, en el caso de la primera, y UR = 15% UN;
t = 540 ms, en el de la segunda.

En el caso del operador español REE, el hueco máximo que ha sido propuesto al Ministerio de Industria en el borrador P.O.12.3 es el siguiente:
En los tres casos se trata de faltas equilibradas trifásicas, considerando la tensión en cada fase.
En el caso de faltas monofásicas y bifásicas a tierra, la tensión no es la misma en las tres fases. En estos casos, la fase de menor
tensión debe cumplir el hueco máximo indicado.
En el caso de faltas bifásicas sin tierra, se admite que el límite inferior de la tensión (UR) sea igual al 60% de UN, siendo los tiempos iguales a los del hueco definido anteriormente.

Comportamiento de los diferentes generadores eólicos frente a los huecos de tensión

Vamos a analizar brevemente cómo se comportan las tres tecnologías de generadores eólicos:

Generadores asíncronos de jaula de ardilla de velocidad fija de palas
Al producirse una falta en la red y bajar la tensión en los terminales del mismo, se produce una aceleración del rotor, debido a
la reducción del par antagonista de la red a causa de la reducción de tensión del hueco. Además, existe una elevación de la corriente entregada, con lo que contribuye a la actuación de las protecciones.
Una vez despejada la falta por las protecciones, al recuperarse la tensión de la red, la máquina absorbe una gran cantidad de
reactivaron, lo que dificulta el período de recuperación de la tensión.

No cumple con el procedimiento 12.3,que especifica que el consumo de reactiva no debe ser inferior al 60% de la potencia
nominal del aerogenerador. La solución es instalar un Statcom para todo el generador o parque, que suministre la energía reactiva y mantenga la tensión del mismo.

Generadores asíncronos doblemente alimentados con convertidor entre el rotor del generador y la red
Estos generadores tienen acoplado a la salida del rotor un doble convertidor con una capacidad del 30% de la potencia
nominal del generador, para rectificar primero, y ondular posteriormente, las corrientes rotóricas e inyectarlas en la red.
Al producirse una falta, se eleva bruscamente la corriente del rotor por efecto transformador, al elevarse la corriente del
estator por la falta.

La sobre-intensidad tiene que pasar por el convertidor del lado de la red en su camino hacia la misma, por lo que si no se reduce
su valor, puede resultar dañado dicho convertidor. Hay varias formas de conseguirlo. En una de ellas se utiliza el llamado “crowbar” activo, que consiste en provocar un cortocircuito a la salida del rotor conectando a través de tiristores, cuando se detecta el incremento de corriente, unas resistencias, y convirtiendo el generador en uno de tipo jaula de ardilla. Una vez desaparecida la falta se vuelve a la condición inicial.

Otro sistema consiste en insertar, al inicio de una falta, unas resistencias en el bus de continua entre los convertidores del lado
rotor y lado red. También puede usarse en lugar de las resistencias un elemento de almacenamiento de energía tipo batería o
bien superconductores, para conseguir que la tensión de continua no sobrepase sus límites nominales, devolviendo la energía a
la red una vez eliminada la falta. En este caso es necesario aumentar la capacidad del convertidor.

Además, el convertidor produce energía reactiva que ayuda en la recuperación de la tensión después de despejada la falta.

Generadores síncronos de velocidad variable de palas y convertidor entre la salida del estator y la red
Estos generadores tienen instalado un doble convertidor por el que pasa toda la energía absorbida del viento a la red.
El generador está desacoplado por lo tanto de la red, por lo que los transitorios de ésta no le afectan grandemente.

 

Alfonso Cano.
Técnico especialista de la Asociación de Productores de Energías Renovables (APPA)

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Comentarios Los comentarios de los lectores:
25/03/2007 9:51:06

querría más información acerca de los convertidores de frecuencia en aerogeneradores con generador asíncrono con rotor bobinado, libros o páginas de internet.¿Sabe alguien donde puedo conseguirla?

Ernesto