Impactos técnicos de alta penetración de fernc en un sistema de transmisión

Abstract

This degree project analyzes the technical impacts that occur in a transmission system due to a high percentage of integration of non-conventional renewable energy sources (RES) such as wind and photovoltaic solar energy. The IEEE RTS 24-node system was considered as a test transmission system, in which the technical impacts on the steady state, the short-circuit level and the transient stability were evaluated considering aggregate models of wind and photovoltaic parks in different case studies. In each of these cases, different generation and demand scenarios were analyzed in the winter and summer seasons. In Case 1, coal-based generators were replaced by photovoltaic and wind sources so that, in total, the penetration of RES generation represented around 30% of the installed capacity of the system. In Case 2-A, an expansion was made in the capacity of the solar and wind plants installed in Case 1. In Case 2-B, the coal generators were replaced only by the wind sources considered in the Case 1 and the capacity of the system was expanded by 538MW of photovoltaic generation. Regarding the studies carried out, in stable state, as an operation criterion, it was verified if the voltage of all the buses of the system was between 0.95 and 1.05 p.u. and that no line or transformer is overloaded. In short-circuit condition, photovoltaic and wind farms with type III and IV turbines were modeled as Norton equivalents, taking the recent literature as a reference. From this model, the short-circuit level was evaluated by causing a three-phase and single-phase fault in the 24 nodes of the system for each scenario. Finally, the ability of the system to return to a stable state when subjected to a disturbance was evaluated through a study of transient and dynamic stability.

En este proyecto de grado se analizan los impactos técnicos que se producen en un sistema de transmisión al tenerse un alto porcentaje de integración de fuentes de energías renovables no convencionales (FERNC) como la energía eólica y solar fotovoltaica. Se consideró como sistema de transmisión de prueba el Sistema IEEE RTS de 24 nodos, en el cual se evaluaron los impactos técnicos en el estado estable, el nivel de cortocircuito y la estabilidad transitoria considerando modelos agregados de parques eólicos y fotovoltaicos en diferentes casos de estudio. En cada uno de estos casos se analizaron diferentes escenarios de generación y demanda en las épocas de invierno y verano. En el Caso 1, se reemplazaron generadores a base de carbón por fuentes fotovoltaicas y eólicas de forma que, en total, la penetración de generación FERNC representase alrededor del 30% de la capacidad instalada del sistema. En el Caso 2-A, se hizo una ampliación en la capacidad de las plantas solares y eólicas instaladas en el Caso 1. En el Caso 2-B, se hizo un reemplazo de los generadores de carbón únicamente por las fuentes eólicas consideradas en el Caso 1 y se amplió la capacidad del sistema por 538MW de generación fotovoltaica. Respecto a los estudios realizados, en estado estable, como criterio de operación, se verificó si el voltaje de todos los buses del sistema se encontrase entre 0,95 y 1,05 p.u. y que ninguna línea ni transformador se sobrecargase. En condición de cortocircuito, se modelaron los parques fotovoltaicos y eólicos con turbinas tipo III y IV como equivalentes de Norton tomando como referencia la literatura reciente. A partir de este modelo, se evaluó el nivel de cortocircuito al causar una falla trifásica y monofásica en los 24 nodos del sistema para cada escenario. Finalmente, se evaluó la capacidad del sistema de retornar al estado estable cuando es sometido a una perturbación mediante un estudio de estabilidad transitoria y dinámica.