Los inversores formadores de red encuentran su lugar en las grandes redes: ¿pueden hacer lo que dicen?

Hasta hace poco, las aplicaciones prácticas de los inversores formadores de red (GFM) se limitaban a microrredes aisladas y en aplicaciones de redes más pequeñas del orden de unas pocas decenas de megavatios.

Durante los últimos 12 meses, el panorama ha cambiado rápidamente, con más de 10 proyectos del orden de varios cientos de megavatios que se están desarrollando en todo el mundo para aplicaciones de sistemas de energía a granel.

Sin embargo, esta tecnología no se entiende bien cuando se aplica a gran escala. Esto se vuelve más importante en el futuro, cuando posiblemente asuma el papel que los generadores síncronos han estado desempeñando durante varias décadas como el caballo de batalla del apoyo a la estabilidad del sistema.

Esta publicación de blog tiene como objetivo proporcionar un resumen de las capacidades, limitaciones y consideraciones conocidas de GFM desde una perspectiva de rendimiento técnico y modelado del sistema de energía, con un enfoque en los estudios de interconexión de la red y la planificación y operación del sistema de energía.

Además del modelado convencional de transitorios en el dominio fasorial (PDT), el modelado de transitorios electromagnéticos (EMT) se está volviendo cada vez más importante para el análisis dinámico del sistema de potencia en escenarios con una alta proporción de recursos basados ​​en inversores (IBR).

Tanto los modelos EMT como los PDT pueden tener la forma de modelos específicos del proyecto (con parámetros del sistema de control del inversor específicos del sitio) o modelos genéricos. Cada uno de los modelos EMT y PDT, ya su vez los modelos específicos de proyecto y genéricos, tienen ciertas aplicaciones y limitaciones que justifican su uso complementario en los estudios de planificación y operación de sistemas eléctricos y de interconexión a la red.

Esto es válido tanto para los inversores seguidores de la red (GFL) como para los inversores GFM. Esto se debe a que la estructura de control de ambos tipos de inversores es muy similar con diferentes objetivos de control.

Los malentendidos comunes asociados con el modelado GFM incluyen:

– Una opinión de que el modelado PDT tiene una aplicación limitada o nula para GFM, ya que esta tecnología está destinada principalmente a escenarios de IBR alto con muy pocos o ningún generador síncrono en línea, lo que lleva a la elección obvia del modelado EMT.

– En el otro lado del espectro, la percepción de que, dado que las IBR de GFM suelen emular varias características de una máquina síncrona, el modelado de PDT sería suficiente como siempre lo ha sido para las máquinas síncronas.

La experiencia hasta la fecha indica que los modelos EMT proporcionados por los fabricantes de equipos originales (OEM) para los estudios de conexión a la red suelen ser sólidos y precisos, y por lo general representan fielmente el código de control real del inversor.

Se han observado varios grados de robustez y precisión para los modelos PDT GFM. Esto se debe a que el desarrollo del modelo PDT requiere la aplicación de suposiciones simplificadas y el desarrollo manual, lo que lleva más tiempo para desarrollar, ajustar, verificar y madurar el modelo.

Dicho esto, los modelos PDT de GFM de algunos OEM ofrecen una robustez y precisión comparables a los mejores modelos específicos de proyectos de GFL. La evaluación comparativa de los modelos EMT y PDT brindará la oportunidad de comprender y abordar posibles problemas iniciales en los modelos PDT.

Sin embargo, se debe tener cuidado, ya que las herramientas PDT pueden no ser inherentemente capaces de exhibir el mismo rendimiento dinámico que el de un modelo EMT para todas las condiciones operativas posibles, por ejemplo, condiciones de baja fuerza del sistema.

La necesidad de modelos de GFM específicos del proveedor y del proyecto para los estudios de interconexión de la red es clara. Esto permite una evaluación precisa de la contribución positiva de esta tecnología al sistema de energía más amplio, incluida la provisión de suficiente fuerza del sistema para la operación estable de GFL IBR cercanos.

Además, el uso de modelos específicos del proyecto permitirá evaluar y abordar cualquier posible interacción adversa del sistema de control con otros GFM y GFL IBR en la red; Los inversores GFM aún pueden interactuar con otros inversores de ancho de banda de control similar.

Por último, diferentes OEM han implementado diferentes filosofías de control de GFM; en la actualidad, se pueden encontrar productos comerciales basados ​​en generador/máquina síncrona virtual, caída y control de potencia síncrona. Existen varias combinaciones y permutaciones dentro de cada una de estas categorías. Como tal, no es prudente utilizar modelos genéricos para los estudios de interconexión de redes.

Sin embargo, lo que es mejor para los estudios de interconexión de redes difiere de lo que es mejor para la planificación a largo plazo. Teniendo en cuenta que la rápida evolución de la tecnología puede ocurrir dentro del plazo de planificación de varios años, a menudo existe incertidumbre sobre el tipo y la marca precisos de la generación que se conectará en el futuro. Esto hace que el uso de modelos dinámicos específicos del sitio y del proveedor no sea práctico para los estudios de planificación a largo plazo.

El uso de los modelos genéricos EMT y PDT es, por lo tanto, el enfoque más práctico. El aumento de la adopción de IBR y la aparición de nuevos fenómenos de inestabilidad en todo el mundo significa que el modelado EMT deberá desempeñar un papel clave además de los modelos PDT comúnmente utilizados.

Los IBR, y en particular el GFM, se pueden controlar de diferentes maneras y, a diferencia de las máquinas síncronas, tienen muy pocas características inherentes. Las diferencias notables entre un GFM IBR y una máquina síncrona incluyen:

– Respuesta controlable y ajustable del GFM IBR frente a una respuesta fija de la máquina síncrona. Por ejemplo, la inercia virtual proporcionada por un GFM IBR se puede adaptar para satisfacer las necesidades del sistema de energía al que está conectado y puede variar en un amplio rango.

– A diferencia de una máquina síncrona en la que la mayoría de las capacidades se proporcionan en gran medida como características inherentes sin la oportunidad de agregar o eliminar ninguna, una GFM IBR puede proporcionar algunas o todas sus posibles capacidades de soporte de red según las necesidades del sistema y la prioridad de los servicios requeridos. .

– Por lo general, un GFM IBR tiene un tiempo de construcción y puesta en servicio más corto, un factor importante si la aplicación prevista es aumentar la estabilidad de los GFL IBR cercanos.

A pesar de esta flexibilidad, tanto el GFM como el GFL IBR son dispositivos de corriente limitada, lo que significa que no pueden proporcionar simultáneamente una contribución óptima a múltiples atributos del sistema de energía.

La Figura 1 muestra cómo la corriente total disponible en el GFM se puede asignar a varios servicios de soporte de la red, siendo los aspectos que se muestran en verde generalmente las contribuciones predeterminadas que también puede proporcionar el GFL.

Se debe considerar la priorización correcta de estas funciones según las necesidades del sistema de energía circundante, reconociendo que la mayor contribución posible hacia un determinado atributo no siempre es la respuesta más deseable. Por ejemplo, la experiencia práctica indica que la provisión de alta inercia en condiciones de baja potencia del sistema podría tener un impacto adverso en los voltajes del sistema.

La mayor aceptación de GFM IBR y la flexibilidad para proporcionar múltiples capacidades de soporte de red significarán que el sistema de energía general y los requisitos técnicos de rendimiento del generador individual se entrelazan cada vez más.

Por lo tanto, si se busca una determinada capacidad del GFM IBR, primero es importante determinar qué capacidad es tal que se puedan proporcionar requisitos funcionales de alto nivel a los OEM.

Además, es crucial determinar si estas capacidades se brindan inherentemente sin costo adicional de desarrollo o si se requieren modificaciones significativas del equipo original para brindar los servicios de sistema necesarios.

Por ejemplo, la provisión de corriente de falla adicional tendrá un costo adicional, y no está claro hasta qué punto se requerirá en el futuro sistema de energía con muy poca o ninguna generación síncrona. Áreas de enfoque sugeridas

Las siguientes son áreas de enfoque sugeridas para el desarrollo futuro desde la perspectiva del modelado del sistema de potencia y la evaluación del rendimiento técnico:

– Modelos EMT y PDT mejorados de los controles GFM genéricos y específicos del proyecto para su uso en la planificación y operación del sistema eléctrico y estudios de interconexión de red.

– Normas técnicas personalizadas para generadores y sistemas de potencia que tengan en cuenta las diferencias entre las IBR GFL y GFM y las máquinas síncronas, en lugar de adoptar los requisitos existentes desarrollados principalmente con las máquinas síncronas y las IBR GFL en mente.

– Procesos más sistemáticos para las pruebas de aceptación del modelo, la evaluación de la conformidad (incluido el ajuste) y la validación del modelo, reconociendo la respuesta altamente interactiva del GFM IBR con el sistema de energía más amplio.

– Estudios dinámicos del sistema de energía con visión de futuro para determinar las necesidades futuras del sistema de energía y la combinación de generación requerida. Esto incluye responder las siguientes preguntas:

Babak Badrzadeh es director técnico de sistemas de energía en Aurecon

Este artículo es una publicación de blog aportada por Energy Systems Integration Group (ESIG). ESIG es una organización sin fines de lucro que reúne la experiencia de la comunidad técnica de la industria eléctrica para apoyar la transformación de la red y la integración y operación de los sistemas de energía. Información adicional está disponible en https://www.esig.energy