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Metodología de arranque óptimo de generación para el restablecimiento de sistemas de potencia considerando fuentes de energía convencionales y renovables no convencionales
Autor
Pardo Martínez, Ricardo Andrés
Institución
Resumen
RESUMEN: El restablecimiento de un sistema eléctrico de potencia (SEP) después de un apagón, es una de las tareas más importantes de los operadores que lo controlan. Devolver el SEP a un estado normal es una tarea compleja debido a la multitud de variables que se deben controlar en tiempo real. El proceso de restablecimiento se debe ejecutar de tal manera que se realice en el menor tiempo posible y se garanticen las condiciones de estabilidad del sistema. Esta investigación desarrolló una metodología de arranque óptimo de generadores convencionales y no convencionales en restablecimientos de SEP. La estrategia utiliza un modelo matemático combinatorio de optimización lineal entero mixto. Se tiene como objetivo principal maximizar la capacidad de generación del sistema, mediante la minimización del tiempo de arranque de las unidades de generación y la demanda desatendida del sistema. El principio que sigue la metodología es sincronizar las unidades de arranque autónomo, y utilizar esta energía para arrancar las unidades que no tienen la propiedad de autoencendido. Este proceso se realiza teniendo en cuenta las características técnicas de las unidades de generación. A medida que se normaliza la generación, se atiende la demanda en orden de prioridad garantizando el balance carga - generación en el SEP. El aporte principal de este trabajo es la integración de fuentes de energía renovables no convencionales (FERNC) al estudio del problema de restablecimiento de generación. Las características tecnologías y la incertidumbre asociadas a las FERNC, hace que se modifique el proceso de restablecimiento respecto a un sistema de generación convencional. Por ejemplo, la generación fotovoltaica se convierte en una alternativa prometedora para las fuentes de arranque autónomo, debido a que se conecta fácilmente a la red y tiene una excelente capacidad de autoencendido. Por otra parte, los generadores eólicos son otra opción que se debe evaluar en la tarea de restablecimiento. El tiempo de arranque de los aerogeneradores es menor comparado con los generadores térmicos convencionales. La decisión de restablecer un parque eólico dependerá de su potencia de salida y las características topológicas de la red. La metodología fue implementada en dos sistemas de prueba: uno ficticio de 4 barras y un IEEE-39 barras. Dentro de las principales conclusiones encontradas se tiene que la integración de recursos tipo FERNC trae beneficios al proceso de restablecimiento de un SEP. El lector encontrará en las diferentes simulaciones realizadas, que la integración de estas tecnologías disminuye el tiempo de restablecimiento. Esto implica un beneficio social debido a que el costo de racionamiento
es el costo más elevado del sistema. ABSTRACT: Power system restoration following a partial or complete blackout is one of the most important tasks for power system operators. It is a complex process that restores the system back to normal operation after an outage of the system. Operators should execute restoration plans to guarantee system conditions, restart generating units, establish transmission skeleton to crank other generating units and pick up the necessary loads to return the power system under normal conditions. Integration of renewable energy resource has modi ed the power system restoration due to technology and the uncertain nature of their output power. Compared with conventional generation techniques, photovoltaic (PV) generation, which is widely spread and easily connected to the grid, has an excellent ability of self-starting, making it a promising alternative of black-start (BS) sources. Nevertheless, wind turbines have relatively short starting time when compared to
Non-black-start (NBS) generating units. For this reason, wind farms need to participate in power system restoration after blackouts. The decision of restoring a wind farm depends on its output power and the characteristics of the power system. The power system restoration should be accomplished as soon as possible. For complete power system restoration, generation restoration, transmission system restoration, and load pick up must
be completed. To obtain a faster restoration process, an optimal schedule methodology for the black-start units to crank the NBS units is required with optimal transmission path selection. In this research, optimal generator start-up methodology for power system restoration will be developed to nd the optimal nal sequence of NBS unit restoration, the optimal transmission paths, and the optimal load pick up sequence with integration of renewable energy resources in the system. The objective was minimized the overall restoration time and the unserved load, which maximizes the energy capability and increments the sustainability of the system. The proposed methodology was applied to an IEEE-39 reability test system.