Proyecto Fin de Carrera
OPTIMIZACIÓN DE UN BANCO DE OPTIMIZACIÓN DE UN BANCO DE CONDENSADORES Y REACTANCIAS EN CONDENSADORES Y REACTANCIAS EN
LA SUBESTACIÓN DE UN PARQUE LA SUBESTACIÓN DE UN PARQUE EÓLICOEÓLICO
Autor: Raul Vicastillo Golvano
Director: Joaquín Mur Amada
Ponente: Miguel Samplón Chalmeta
OBJETO Y ALCANCE
Diseño de un sistema de control de la energía reactiva, que nos permita obtener una retribución económica, optimizando los bancos de condensadores y reactancias.
SISTEMAS DE COMPENSACIÓN DE ENERGÍA
REACTIVADebido a los efectos nocivos de los desfases V-I en sistemas de corriente alterna, como perdidas o infraestructuras:
• Dispositivos estáticos de compensación fija
Asociación de un banco de condensadores de compensación
Compensación de aplicaciones de carga constante
• Dispositivos estáticos de compensación escalonada
Baterías individuales se conectan y desconectan automáticamente
Regulación discreta, factor de potencia no permanece constante
Se fabrican con carácter exclusivo para una aplicación concreta
SISTEMAS DE COMPENSACIÓN DE ENERGÍA
REACTIVA• Dispositivos estáticos de compensación continua
Baterías individuales combinados con convertidores electrónicos
Suministro de potencia necesaria para mantener fijo el FP
Inconveniente las no linealidades del sistema
Filtros de armónicos, encarecen todavía más su valor
• Dispositivos convertidores de compensación
Convertidores de potencia proporcionan toda la corriente reactiva
VSI´s, convertidores AC-DC o AC-AC
LOCALIZACIÓN DE LOS COMPENSADORES DE
POTENCIA REACTIVA EN PARQUES EÓLICOS
La compensación de una instalación eólica puede
presentarse en:
• Subestación
• Aerogeneradores
• Mixta
OPCIONES DE TARIFICACIÓN EN ESPAÑA
Remuneración según R.D.2818/1998
• El factor de potencia se computaba mensualmente
• La máxima bonificación era del 4% sobre la potencia facturada, para FP>0.99
• Se podría ajustar manualmente los últimos días del mes, por lo que no requería ningún tipo de inversión en el parque
OPCIONES DE TARIFICACIÓN EN ESPAÑA
• Máxima bonificación de hasta un 8% de la potencia facturada
•El factor de potencia se computaba cada 15 minutos
• El sistema debe tener en cuentas periodos pico, valle o llano
Factor de Potencia
Retribución (%)Pico Llano Valle
InductivoFP<0.95 -4 -4 8
0.95 ≤FP<0.96 -3 0 60.96 ≤FP<0.97 -2 0 40.97 ≤FP<0.98 -1 0 20.98 ≤FP<1.00 0 2 0
1.00 0 4 0
Capacitivo0.98 ≤FP<1.00 0 2 00.97 ≤FP<0.98 2 0 -10.96 ≤FP<0.97 4 0 -20.95 ≤FP<0.96 6 0 -3
FP<0.95 8 -4 -4
Remuneración según R.D.436/2004
OPCIONES DE TARIFICACIÓN EN ESPAÑA
Remuneración según R.D.436/2004
• La clasificación de horas pico, valle o llano en Aragón
INVIERNO VERANOPunta Llano Valle Punta Llano Valle18-22 8-18
22-240-8 9-13 8-9
13-240-8
•17% en periodos pico
•33% en periodos valle
•50% en periodos llano
} Bonificación máxima 8%
Bonificación máxima 4%
OPCIONES DE TARIFICACIÓN EN ESPAÑA
Remuneración según R.D.661/2007
• El factor de potencia se computa cada periodo horario
• Porcentaje de bonificación se mantiene de la tabla del R.D.436/2004, así como la clasificación de periodos pico, valle o llano
DESCRIPCIÓN DE LA REGULACIÓN
Dimensionar el sistema de compensación, pasos y tamaño de
condensadores y bobinas
Simular la regulación en un periodo largo
Obtener como figuras de merito, la remuneración anual, las
conmutaciones anuales, VAN, TIR y el tiempo de retorno de la
inversión
Dimensionamiento óptimo OKNoSi
Estimar la capacidad de los bancos de condensadores y
bobinas para un parque
DESCRIPCIÓN DE LA REGULACIÓN
Consigna de la regulación horaria• Buscaremos tener el factor de potencia óptimo para cada tipo de periodo
FPoptimo=cos optimooptimo=Arc cos(FPoptimo)
Qoptimo= P* tan optimo
DESCRIPCIÓN DE LA REGULACIÓN
Características especiales del sistema de bonificación
• La bonificación del control se percibe al final de la hora
•Los actuadores son discretos
•Las bobinas y los condensadores tienen un tiempo medio de funcionamiento antes de fallar
•La potencia reactiva es proporcional al número de elementos conectados y al tiempo que están conectados
•El factor de potencia horario depende de la energía activa generada en la hora
•La consigna , el factor de potencia varía de una hora a otra
OBTENCIÓN DE LA BONIFICACIÓN HORARIA
• Calculamos el factor de potencia horario
• Obtenemos, a partir de la tabla, el porcentaje de bonificación obtenido
•Aplicamos el porcentaje al valor de la energía durante dicha hora
DISEÑO DE LA REGULACIÓN1. Predecir las energías horarias
2. Comprobamos si el factor de potencias se encuentra dentro de la banda admisible
3. En caso negativo, comprobamos si conmutando un elemento durante el resto de la hora entro en la banda admisible
4. Actuamos de forma consecuente
DISEÑO DE LA REGULACIÓN• Compararemos una predicción de la potencia reactiva
durante cada hora, con la que sería la potencia reactiva optima durante dicha hora.
• Así calcularemos la predicción:
• t1 y t2 corresponden a la fracción transcurrida y restante
DISEÑO DE LA REGULACIÓN• Dividiremos la regulación en
3, correspondiente a los diferentes valores de Qoptimo, según estemos en periodo pico, valle o llano
• Calcularemos el error entre Qoptimo y la predicción
• No somos penalizados siempre y cuando estemos por encima del Qoptimo en los periodos valle, o por debajo en los periodos pico.
• En los periodos llano nos interesa estar lo mas cercano a una potencia reactiva horaria igual a 0.
DISEÑO DE LA REGULACIÓN
PERIODOS VALLE
• Si estamos por debajo del nivel mínimo C↓ ó L↑
• Si superamos en más de un escalón el nivel L↓ ó C↑
PERIODOS PICO
• Si estamos por encima del nivel máximo L↓ ó C↑
• Si superamos en mas de un escalón el nivel C↓ ó L↑
PERIODOS LLANO
• Si estamos por debajo del cero C↓ ó L↑
• Si superamos en más de un escalón el cero L↓ ó C↑
DISEÑO DE LA REGULACIÓN• Nos encontramos con un problema cuando trabajamos a
baja potencia.
• Lo solucionaremos haciendo que la banda de histéresis sea inversamente proporcional a la potencia activa.
0 1 2 3 4 5 6 7
4
2
0
2
4
D ia
cond
ensa
dore
sQoptimo
0 1 2 3 4 5 6 7
4
2
0
2
4
6
D ia
indu
ctan
ciasQoptim
o
• Resultados genéricos con condensadores e inductancias
CONDENSADORES BOBINAS
OPTIMIZACIÓN DE LOS BANCOS1. Realizar una tabla de con el numero y los tamaños de los
bancos y deducir cuales son los casos mas razonables a priori.
2. De estos casos mas razonables, calcularemos una serie de parámetros que nos indicaran cual es el caso mas adecuado.
Bonificación adicional
Conmutaciones anuales
VAN
TIR
Tiempo de retorno de la inversión
3. Seleccionaremos el dimensionamiento óptimo
MEJORAS EN LA PROGRAMACIÓN
• Regulación vectorial Regulación secuencial
• Interpolación del registro de datos
• Posibilidad de predicción por persistencia o por tendencia
• Visualización en tablas de los cálculos economicos
ESTUDIO DEL PARQUE 1• Parque de 50 MW
• Comenzamos fijando un valor lo de los bancos de condensadores
• Deducimos el dimensionamiento óptimo de los bancos de inductancias
• El dimensionamiento seleccionado será 1 escalón de 0.2
ESTUDIO DEL PARQUE 1• Determinamos el dimensionamiento de los condensadores
• El dimensionamiento óptimo para los bancos de condensadores será de 2 escalones de 0.3
VAN TIRConmutaciones
ESTUDIO DEL PARQUE 1• Coste inicial de la instalación 125000 €
• Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la regulación para el método de la persistencia y la tendencia
• Los dos modelos son completamente validos
• En este parque aplicaremos el método de predicción por tendencia
ESTUDIO DEL PARQUE 2• Parque de 25 MW
• El dimensionamiento óptimo de los bancos de inductancias será de 1 escalón de 0.3
• El dimensionamiento óptimo para los bancos de condensadores será de 2 escalones de 0.3
VAN TIRConmutaciones
ESTUDIO DEL PARQUE 2• Coste inicial de la instalación 133125 €
• Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la regulación para el método de la persistencia y la tendencia
• Los dos modelos son completamente validos
• En este parque aplicaremos el método de predicción por persistencia
ESTUDIO DEL PARQUE 3• Parque de 50 MW
• El dimensionamiento óptimo de los bancos de inductancias será de 1 escalón de 0.2
• El dimensionamiento óptimo para los bancos de condensadores será de 2 escalones de 0.3
VAN TIRConmutaciones
ESTUDIO DEL PARQUE 3• Coste inicial de la instalación 125000 €
• Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la regulación para el método de la persistencia y la tendencia
• Los dos modelos son completamente validos
• En este parque aplicaremos el método de predicción por tendencia
Proyecto Fin de Carrera
OPTIMIZACIÓN DE UN BANCO DE OPTIMIZACIÓN DE UN BANCO DE CONDENSADORES Y REACTANCIAS EN CONDENSADORES Y REACTANCIAS EN
LA SUBESTACIÓN DE UN PARQUE LA SUBESTACIÓN DE UN PARQUE EÓLICOEÓLICO
Autor: Raul Vicastillo Golvano
Director: Joaquín Mur Amada
Ponente: Miguel Samplón Chalmeta