L'estabailitat de la freqüència en les xarxes intel·ligents.

Un dels problemes més importants en el disseny i funcionaments de les xarxes elèctriques, és la seva interconnexió.

Els equips d'electrònica de potencia, existeixien diverses opcions de control que són necessaries per mantenir la freqüència del sistema en el seu punt  òptim de treball. Cadascun té la seva particular especificació i es basa en una quantitat de la reserva de potència que es manté disponible per fer front a aquestes  desviacions  tot i que, la major part del balanç entre la generació i el consum encara s’aconsegueix controlant la velocitat dels generodors síncrons i asíncrons.

Font: SlideShare

El control de freqüència d'una xarxa elèctrica, és un repte en que actualment treballen diferents investigadors per fer possible un augment de la penetració d’energies renovables, conjuntament amb els canvis en l’estructura tradicional amb els nous sistemes de generació renovable distribuïda (DG), els sistemes d’emmagatzematge d’energia elèctrica, les càrregues controlables i les tecnologies basaden en l’electrònica de potència.

Els últims avenços en tecnologies de control, comunicació i informàtica acceleren aquest procés. El control de freqüència en una xarxa elèctrica moderna, ha de resoldre problemes complexos d’optimització de la regulació caracteritzats per un alt grau de diversificació de les polítiques de gestió i una àmplia dispersió de la demanda  i també, de les fonts de generació.

L’estabilitat de la freqüència, és la capacitat d’un sistema elècric per  mantenir la freqüència del propi sistema dins dels límits de funcionament especificats. Generalment, la inestabilitat de la freqüència és el resultat d’un desequilibri significatiu entre les càrregues i la generació de manera que, s’associa a una mala coordinació dels equips de control i protecció motivat per les reserves de generació insuficients.

Font: Sinterf.no

Una desviació duradera en el temps de freqüència, pot afectar el funcionament, la seguretat, la fiabilitat i l'eficiència del sistema elèctric danyant actius, degradant el rendiment dels consums, sobrecàrregant les línies de distribuicó i desencadenant una actuació  dels dispositius de protecció elèctrica de les xarxes. Segons l'amplitud i la durada de la desviació de freqüència, és possible que calguin diferents bucles en el control de freqüència per mantenir l'estabilitat de la freqüència del sistema elèctric.

El control primari (PC) dels generadors síncrons (SG) pot mimvar automàticament petites desviacions de freqüència durant el funcionament normal. Tan aviat com es restableixi l'equilibri, la freqüència del sistema es manté en un valor constant, però pot diferir de la freqüència nominal. Per a una desviació de freqüència més gran (funcionament fora de límits) i, segons la quantitat disponible de potència reserva, el control secundari (SC), que també es coneix com a Load Frquency Control (LFC) és el responsable de restaurar la freqüència del sistema. El LFC, com a component principal del control automàtic de generació (AGC), també controla les desviacions de la corrent de la xarxa en sistemes elèctrics de diverses àrees. Per a una generació d'una càrrega molt desequilibrada  associada a canvis ràpids de freqüència després d'una fallada important, el sistema LFC pot ser incapaç de recuperar la freqüència. En aquesta situació, cal emprendre una altra actuació mitjançant  un control terciari (TC), els  sistemes d'alimetnació de back-up  amb configuracions de protecció com una opció per disminuir el risc de fallides en cascada.

Uns nivells alts de la penetració de fonts d’energia renovables intermitents (RES) a les xarxes d’energia i donada la seva variabilitat, incertesa i connexió no sincrònica a la xarxa, planteja diversos reptes tècnics. Aquest tipus de fonts fan necessàri augmentar la necessitat de la flexibilitat operativa i els requisits de reserva. Per garantir la seguretat del sistema d’energia amb una alta penetració de RES,  és imprescindible la participació de les RES i també, de les Micro Xarxes (MG) per la regulació. La capacitat tècnica de les MG, seran necessàris en les futures xarxes intel·ligents per participar en la regulació de freqüències a gran escala. Alguns DSO,  ja han actualitzat els seus codis de xarxa per garantir la seguretat i la fiabilitat del sistema elèctric de manera que, està previst que les RES / DG / MG proporcionin serveis  i suports de regulació i control.

Font: Utility magazine

A més, la substitució dels SG convencionals per DG / RES basats en electrònica de potencia, redueix la inèrcia del sistema. A les zones on la penetració dels RES és relativament significativa, als operadors del sistema els sorgeixen greus problemes de control de la potència i la freqüència. 

Una solució per millorar l'estabilitat i el rendiment de freqüències en una xarxa  amb molta DG / MG de baixa inèrcia és enfortir el sistema amb inèrcia virtual. Això vol dir, que es pot establir un sistema d’inèrcia virtual (VI) mitjançant l’ús d’un sistema de gestió juntament amb un convertidor d’electrònica de potència i un algorisme de control adequat per emular la inèrcia necessària. 

En definitiva, l’estabilitat i el control de les freqüències a les xarxes intel·ligents s’enfronten a nous reptes tècnics derivats de la creixent penetració de càrregues basades en l'electrònica de potència i la DG. Entre aquests, són necessaris els reptes de la inèrcia, ja que les fonts renovables basades en inversors,  cada cop més substitueixen els generadors síncrons. La reducció de la inèrcia rotacional a la xarxa pot afectar negativament a la resposta de freqüència de la xarxa i l'estabilitat i també, el control del sistema. 

Ramon Gallart