Amortiment de les oscil·lacions en les interconnexions elèctriques de la xarxa de transport.

Les oscil·lacions electromecàniques, són una preocupació per les interconnexions entre els grans sistemes de transport elèctric.  Hi ha dues raons que fan augmentar  les oscil·lacions entre països.

En primer lloc, si l’amortiment és insuficient, les oscil·lacions poden conduir a greus incidències que provoquen una caiguda de tot el sistema i, al seu torn, a una sèrie de falles en cascada. La caiguda del sistema elèctric que va ocórrer  en el  1996 a la costa oest d'Amèrica del Nord,  en part es podria atribuir  a les oscil·lacions no amortides.  Per tant, evitar a gran escala aquestes oscil·lacions d’energia proporciona un significatiu incentiu financer per treballar en amortir les oscil·lacions inter-àrees. També,  la transferència d’energia a través de llargues xarxes de transport, acostuma a estar  limitada com a conseqüència dels problemes d’estabilitat i està limitada per les oscil·lacions electromecàniques poc amortides.

Per tant, un amortiment addicional, pot augmentar la capacitat de transferència de potència. El recent  desenvolupament  de sistemes fiables de mesurament de superfície àmplia (WAMS) en temps real basats en unitats de mesura de fasors (PMU), han permès el potencial de fer plantejaments de control d’amortiment a gran escala per tal d’estabilitzar els modes crítics d’oscil·lació. Un projecte recent  d’investigació s’ha centrat en el desenvolupament d’un prototip d'un controlador de modulació de realimentació. El controlador d’amortiment utilitza senyals dels PMU en temps real per determinar una forma d’alimentació que permeti modular la potència activa. Els recents resultats, demostren un rendiment proper al desitjat i una amortiment millorat, d'acord amb estudis de modelatge i simulació. 

La idea original de modular el flux de potència a les oscil·lacions inter-àrees, es va dissenyar i provar per primera vegada en el 1975. El disseny original utilitzava el flux de potència activa com a senyal de realimentació. Tot i que aquest mètode proporcionava amortiment als modes d’oscil·lació de baixa freqüència, una anàlisi posterior va determinar que el senyal de realimentació del flux de potència local de CA, tenia una funció de transferència zero, que limitava el guany del controlador i empitjorava les oscil·lacions a freqüències més altes.

El modern controlador, és capaç d’evitar aquest problema perquè incorpora una WAMS que està sincronitzat amb el temps via GPS, per millorar l’amortiment. Aquestes dades estan disponibles a causa del recent desplegament de PMU, que proporcionen mesures ràpides, fiables i a tot el sistema.

Actualment, hi ha un principal interès per mitigar les oscil·lacions de la xarxa i evitar grans afectació en els serveis de qualitat dels subministrament elèctric. Per això, cal utilitzar dades adquirides en temps real, dels PMU.

Aquestes dades, serveixen com a senyal de realimentació per informar al controlador de la quantitat de potència que cal afegir o restar, al flux de potència. Aquesta injecció d'energia acuradament controlada és l'acció que esmorteix les oscil·lacions de la xarxa. Un sistema de supervisió, integrat al controlador, garanteix una política de "no fer mal" per a la xarxa en la qual l'amortiment no empitjora mai. Mitjançant la millora de l’esmorteïment d’aquestes oscil·lacions inter-àrees, es té el potencial de permetre una major transferència de potència.

El control, és una acció proporcional sobre la diferència de freqüència entre les zones de manera que, l'ordre de potència, que canvia el flux,  s'envia als diferents  controls ubicat en els llocs d'intercanvi

Aquest disseny, pretén que pugui interactuar eficaçment amb les oscil·lacions inter-àrees entre 0,2 i 1,0 Hz. Les oscil·lacions superiors a 1,0 Hz s’atenuen significativament i les oscil·lacions inferiors a 0,2 Hz s’atenuen de forma efectiva mitjançant l’ús de diferències de freqüència com a senyal de realimentació. Aquesta estratègia de control proporciona amortiment als modes oscil·latori sense interactuar amb les accions del control de velocitat.

Les proves inicialment realitzades al setembre del 2016 i repetides al maig de 2017 de bucle tancat, van demostrar  que l’amortiment constantment en el mode principal, millorava 4,5 punts percentuals respecte a les proves de bucle obert, quan es feien per donar resposta  a una inserció del pols de frenat de durada  0,5 segons. Les demás proves que es van fer en resposta a polsos d'ona quadrada i oscil·lacions forçades proporcionades per un generador, també mostren una millor amortiment en l'operació de control de bucle tancat vs el de bucle obert. En totes les proves realitzades, no hi ha hagut cap cas en que el controlador d'amortiment empitjori els modes perifèrics o que causi danys a la xarxa.

A causa de l'existència de la sincronització GPS a tots els  PMU i a on està el controlador implica que els retards es podrien mesurar i caracteritzar amb precisió. Aquest sistema de control no tolera un retard excessiu, de manera que es cal estudiar i verificar que els retards estiguin dins de les toleràncies, de manera què cal verificar que el retard efectiu entre el senyal que s'envia i el que es rep no ha de superar els 150 - 200 ms.

Es necessitaran noves funcions de disseny i més proves abans que es pugui desplegar en un estat de plena explotació en una xarxa. Entre les característiques específiques del disseny, s’inclou l’estimació del guany del bucle obert i els marges de fase de la xarxa com a mitjà per controlar l’eficàcia de l’amortiment i els marges d’estabilitat. Una altra característica que es té en compte, és la incorporació d’una zona morta a la potència modulada per reduir l’excessiu esforç de control. Finalment, cal investigar més com s'ha de fer l'explotació de la xarxa elèctrica prop dels llindars de saturació de la consigna de potència durant el flux de plena capacitat.

Per tant, ha estat la primera demostració amb èxit d'una xarxa de control amb realimentació en temps real mitjançant PMU. Es tracta d’un canvi de joc que permet l’ús de recursos energètics en xarxes àmpliament distribuïdes que tenen el potencial de transformar l'actual xarxa elèctrica per esdevenir una  xarxa intel·ligent. Els avantatges obtinguts són:

1.- Fiabilitat addicional a la xarxa gràcies al millor amortiment de les oscil·lacions electromecàniques.

2.- Gestió addicional de contingències de la xarxa en condicions de sistema estressades.

3.- Límits de potència més alts en les interconnexions a nivell de transport.

4.- Ajornament per construir noves xarxes de de transport.

Font: IEEE Smart Grids