Capítulo 1

Introducción

1.1 Generación Integrada o Dispersa

Sistemas eléctricos de potencia modernos se han desarrollado, en los últimos 50 años, sobre todo después de la disposición indicada en la Figura 1.1. Generadores centrales grandes se alimentan de energía eléctrica a través de transformadores de generador a una red de transmisión interconectada de alta tensión. El sistema de transmisión se utiliza para transportar la energía, a veces a través de distancias considerables, que luego se extrae de la red de transmisión y transmiten a través de una serie de transformadores de distribución a los circuitos finales para la entrega a los clientes. Sin embargo, recientemente se ha producido un considerable renacimiento del interés en la conexión de generación a la red de distribución y esto ha llegado a ser conocido como la generación incrustado o dispersado. El término 'generación integrada "viene del concepto de generación integrada en la red de distribución, mientras que" generación dispersa "se utiliza para distinguirlo de generación central. Los dos términos pueden ser considerados como sinónimos e intercambiables.

Entre 1997 y 1999 la generación dispersa fue investigado por los grupos de trabajo, tanto de CIGRE (Conferencia Internacional de Grandes Redes Eléctricas de Alta Tensión) y CIRED (La Conferencia Internacional sobre Redes de distribución de electricidad). Los dos informes de estos Grupos de Trabajo [1,2], que son en gran parte complementarias, proporcionan la revisión más completa disponible, tanto de la medida y los temas principales asociados con la generación dispersa y, junto con los documentos de apoyo, son revisados en la primera parte de este capítulo.

Hay, en la actualidad, universalmente acordaron definición de lo que constituye incrustado o la generación dispersa y en qué se diferencia de la generación convencional o central. Algunos atributos comunes de la producción integrada o disperso se pueden enumerar como [1,3]:

• No planificación centralizada (por la utilidad)

• No despachado centralmente

• Normalmente menor que 50-100 MW

• Normalmente conectado al sistema de distribución.

El sistema de distribución se toma como esas redes a las que los clientes están conectados directamente y que son normalmente de voltajes de 230/400 V hasta 145 kV.

En algunos países se hace una definición estricta de generación integrada, ya sea basada en la calificación de la planta o en el nivel de voltaje al que está

conectado la generación integrada. Sin embargo estas definiciones suelen seguir de la extensión de la autoridad de determinados documentos técnicos, nacionales, utilizados para especificar los aspectos de la conexión o el funcionamiento de la generación distribuida y no de cualquier consideración básica de su impacto en el sistema de alimentación. Este libro se refiere con el comportamiento fundamental de generación conectado a los sistemas de distribución y por lo que una bastante amplia descripción de embebido o generación dispersa se prefiere a los límites particulares basadas en el tamaño de la planta, de tensión o de tipo motor primario.

1.2 Razones para la generación integrada [1,2,4]

La disposición convencional de un sistema de gran potencia moderna (ilustrado en la Figura 1.1) ofrece una serie de ventajas. Unidades generadoras de grandes se pueden hacer eficiente y funcionar con solamente un número relativamente pequeño de personal. La red de transmisión de alta tensión interconectada permite requerimientos de reservas generador para ser minimizados y la planta de generación más eficiente para ser enviados en cualquier momento, y en la figura 1.1

Figura 1.1 sistema de energía eléctrica de gran Convencional

La potencia mayor puede ser transportada a largas distancias con pérdidas eléctricas limitados. Las redes de distribución pueden ser diseñados para flujos unidireccionales de potencia y dimensionado para acomodar sólo cargas de los clientes. Sin embargo, en los últimos años una serie de influencias se han combinado para dar lugar al aumento del interés en los sistemas de generación integrados. La encuesta CIRED [2] pidió a los representantes de 17 países lo que fueron los impulsores de políticas alentadoras generación integrada. Las respuestas fueron:• Reducción de las emisiones de gases (principalmente CO2)• La eficiencia energética o el uso racional de la energía

• Desregulación o la competencia política• Diversificación de las fuentes de energía• Requerimiento de energía nacional.

El informe CIGRE [2,4] aparece razones similares, pero con un énfasis adicional en consideraciones comerciales tales como:• Disponibilidad de modular planta generadora• Facilidad de encontrar sitios para generadores pequeños• Los tiempos de construcción a corto y menores costos de capital más pequeña de la planta• Generación puede estar situado más cerca de la carga, lo que puede reducir los costos de transmisión.

Impacto ambiental es un factor importante en la consideración de cualquier combinación de Potencia eléctrica, y hay una preocupación generalmente aceptada sobre emisiones gaseosas de la planta de combustible fósil. Como parte del Protocolo de Kioto, la UE y el Reino Unido tienen que reducir sustancialmente las emisiones de CO2 para ayudar a contrarrestar el cambio climático. De ahí que la mayoría de los gobiernos tienen programas de apoyo a la explotación de los llamados nuevos recursos de energía renovable, que incluyen la energía eólica, micro-hidroeléctrica, la energía solar fotovoltaica, gases de vertedero, la energía de los residuos urbanos y la generación de biomasa. Las energías renovables tienen una densidad de energía mucho más bajo que los combustibles fósiles y así las plantas de generación son más pequeños y geográficamente muy extendido. Por ejemplo, los parques eólicos deben estar ubicados en zonas de mucho viento, mientras que las plantas de biomasa son por lo general de la capacidad modesta debido a los gastos de transporte de combustible con relativamente baja densidad de energía. Estas pequeñas plantas, típicamente de menos de 50 MW de potencia, se conectan entonces en el sistema de distribución. En muchos países las nuevas plantas de generación renovable no están previstas por la utilidad, pero son desarrolladas por los empresarios, y no se envían en el centro, pero generan cada vez que la fuente de energía está disponible.

Esquemas de cogeneración o combinada de calor y electricidad (CHP) hacen uso del calor residual de la planta de generación térmica, ya sea para procesos industriales o la calefacción de locales y son una forma bien establecida de aumentar la eficiencia energética global. Transporte del calor residual de baja temperatura de las plantas de generación térmica a través de largas distancias no es económico y lo que es necesario para localizar la planta de cogeneración cerca de la carga de calor. Esto nos lleva de nuevo a las unidades de generación relativamente pequeños, distribuidos geográficamente y con su conexión eléctrica hecha a la red de distribución. Aunque las unidades de cogeneración pueden, en principio, serán enviados el centro tienden a ser operado en respuesta a los requisitos de la carga de calor o la carga eléctrica de la instalación de host en lugar de las necesidades de la red eléctrica pública.

La estructura comercial de la industria de suministro de electricidad también está jugando un papel importante en el desarrollo de la generación distribuida.

En general un entorno liberalizado y el acceso abierto a la red de distribución es probable que proporcione mayores oportunidades para la generación distribuida, aunque Dinamarca ofrece una interesante contraejemplo donde tanto la energía eólica y la cogeneración se han desarrollado ampliamente en una estructura de propiedad integrada verticalmente.

Por último, en algunos países la diversidad de combustible ofrecido por generación integrada se considera valiosa, mientras que en algunos países en desarrollo, la escasez de energía es tan agudo que cualquier generación es de agradecer.

En la actualidad, la producción integrada se ve casi exclusivamente como la producción de energía (kWh) y haciendo ninguna contribución a otras funciones del sistema de energía (por ejemplo, control de tensión, fiabilidad de la red, de la capacidad de reserva de generación, etc.). Aunque esto se debe en parte a las características técnicas de la planta de generación incorporado este papel restringido de generación integrada es causada principalmente por las disposiciones administrativas y comerciales bajo los que opera actualmente. Ya hay ejemplos de generación integrada utilizados para proporcionar reserva de generación (Electricité de France puede recurrir a algunos 610 MW de despacho, generadores diésel distribuidos), mientras que en el Reino Unido hay ejemplos aislados de los generadores diésel que se utiliza para proporcionar un refuerzo de la red de distribución donde no es posible obtener licencia urbanística para la construcción de circuitos generales adicionales.

Mirando más hacia el futuro, el aumento del uso de pilas de combustible, micro-cogeneración utilizando nuevas turbinas o motores Stirling y los dispositivos fotovoltaicos integrados en la estructura de los edificios puede todo ser anticipado como posibles fuentes de energía para la generación integrada. Si estas tecnologías se convierten en rentable y luego su aplicación generalizada tendrá consecuencias muy considerables para los sistemas de poder existentes.

1.3 Alcance de la generación integrada

La tabla 1.1 muestra la magnitud de la producción integrada en los países que respondieron a la encuesta CIRED [2], mientras que la Figura 1.2 se comparan los datos con los de la CIGRE [1] y EnergieNed [5] informa. (EnergieNed es una asociación de empresas de distribución de energía en los Países Bajos). Algunos la atención es necesaria en la interpretación de los datos en lugar inconsistentes como algunos países utilizan una definición estricta de la producción integrada,

Tabla 1.1 Extensión de la generación integrada en MW [2]

* Las plantas de hasta 10 MW calificación única** Las plantas conectadas a niveles de tensión sólo hasta 20 kV† Incluye servicios públicos propiedad de la planta

Figura 1.2 Extensión de la Generación Integrada [1,2,5]

mientras que otros son más incluyente, y hay discrepancias evidentes entre los datos de los mismos países. Sin embargo, una serie de conclusiones generales se puede dibujar.

Se puede observar que el grado de generación integrada en los sistemas de energía modernos es significativa, con un poco de 48 GW de capacidad instalada en los 14 países que se muestran. Aunque esto puede ser sólo una fracción modesta de la demanda máxima, en términos de funcionamiento del sistema el nivel de penetración de generación integrada en los momentos de

carga mínima del sistema es más significativa. Ya hay casos registrados de empresas de distribución se conviertan en exportadores netos de energía durante períodos de baja carga, debido a la presencia de grandes cantidades de generación integrada. La figura 1.3 muestra una comparación de la generación y el consumo disperso en Dinamarca, donde una combinación de cogeneración distribuidas y parques eólicos ya puede exceder la carga del sistema durante periodos de baja demanda de los clientes. Las proyecciones de la capacidad de generación dispersa en 2005 y 2015 son, evidentemente, las predicciones, pero se basan en la política del gobierno danés.

Tabla 1.1 muestra que la CHP (cogeneración) es una forma importante de generación integrada con un 40% de la capacidad instalada. Esto refleja los grandes avances en la eficiencia energética posibles con la cogeneración y por lo tanto el rendimiento económico atractivo de estos esquemas. De las nuevas formas de generación renovables, pequeñas centrales hidroeléctricas es más importante, con un 20% de la capacidad instalada, seguido por el viento, con casi el 10%. La biomasa y los residuos a la energía que solamente una modesta contribución en estos países, mientras que la energía solar fotovoltaica aún no se ha introducido ampliamente.Es interesante observar que, en algunos países, algunos de las plantas de generación integrada

Figura 1.3 Dispersos generación y el consumo en Dinamarca (después de [1] y la comunicación personal) Es interesante observar que, en algunos países,

algunos de las integradas

es, de hecho, bajo el control central y despachado. Incluso cuando no se despachó la generación integrada, grandes estaciones generadoras incrustadas (plantas de cogeneración, principalmente) pueden ser obligados a informar a la utilidad de su horario de generación de una semana de antelación.

Una conclusión general final es que el tipo y extensión de la generación integrada difiere muy significativamente de un país a otro. Esto en parte se

explica por algunos países que tienen determinados recursos renovables de energía o, por ejemplo, otros que tienen grandes complejos químicos con esquemas de cogeneración. Sin embargo, las diferencias también surgen debido a la muy diferente de políticas y enfoques administrativos adoptados que luego influyen fuertemente si una determinada tecnología se vuelve comercialmente atractivo.

El ritmo de desarrollo de las diferentes formas de generación integrada varía. En la actualidad el más rápido crecimiento de las nuevas tecnologías renovables es la energía eólica, con un poco de 12 GW de capacidad instalada en todo el mundo (Tabla 1.2). La Unión Europea tiene una agenda agresiva para fomentar la introducción de nuevos sistemas de energía renovable y en la Tabla 1.3 se toma de un Libro Blanco publicado por la Comisión Europea en noviembre de 1997 [6]. Aunque no es la política oficial de la Unión Europea, el Libro Blanco da ideas útiles sobre dónde podría hacerse un aumento significativo en la contribución a la producción de energía a granel. Se puede observar que los principales contendientes son la energía eólica y la biomasa. Futuro hidro-capacidad está limitada por la disponibilidad de los sitios, y la generación fotovoltaica es probable que siga siendo caro y con una relativamente pequeña capacidad total durante las escalas de tiempo previstos. El recurso geotérmico Europea es pequeña, pero la biomasa es claramente una tecnología importante, aunque su desarrollo estará vinculado a la política agrícola europea. Una parte importante del crecimiento esperado en los parques eólicos es probable que se produzca en alta mar. Dinamarca ya ha declarado una política de instalación de 4.000 MW de capacidad de la turbina de viento en alta mar en 2030

Tabla 1.2 Capacidad instalada de energía eólica (MW) en enero de 2000

Fuente: revista de noticias Windpower Monthly

y está comenzando con un programa de 750 MW. El gobierno del Reino Unido aún no ha anunciado sus intenciones, pero es probable que requiera 1000-2000 MW de capacidad instalada en 2010 si su objetivo declarado de

proporcionar el 10% de la electricidad del Reino Unido a partir de energías renovables para esa fecha se ha de lograr. La posición del Reino Unido sobre las energías renovables ha sido revisada recientemente exhaustivamente en un informe de la Cámara de los Lores [7].

1.4 Problemas de generación integrada

Sistemas de distribución modernos fueron diseñados para aceptar el poder a granel en los transformadores de suministro a granel y para distribuirlo a los clientes. Así, el flujo de tanto potencia activa (P) y la potencia reactiva (Q) fue siempre de la más alta para los niveles de tensión inferiores. Esto se muestra esquemáticamente en la figura 1.4 y, incluso con los sistemas de distribución interconectados, el comportamiento de la red se entiende bien y los procedimientos para el diseño y la operación establecieron largo.

Sin embargo, con una penetración significativa de la generación de los flujos de potencia integradas pueden llegar a ser invertida y la red de distribución ya no es un circuito pasivo suministro de cargas pero un sistema activo con flujos de potencia y tensiones determinadas por la generación, así como las cargas. Esto se muestra esquemáticamente en la Figura 1.5. Por ejemplo, la producción combinada de calor y electricidad (CHP) esquema con el generador síncrono (S) exportarán poder real cuando la carga eléctrica del local cae por debajo de la salida del generador, pero pueden absorber o potencia reactiva de exportación según el ajuste de la sistema de excitación del generador. La turbina eólica exportar poder real, pero es probable que absorber potencia reactiva como su inducción (a veces conocido como asíncrona) Generador (A) requiere de una fuente de energía reactiva para operar. El convertidor de fuente de tensión de la instalación fotovoltaica (pv) permitirá la exportación de potencia activa

Figura 1.4 sistema de distribución convencional

Figura 1.5 Sistema de distribución con generación integrada

en un factor de potencia set, pero puede introducir corrientes armónicas, como se indica en la Figura 1.5. Así, la potencia fluye a través de los circuitos puede ser en cualquier dirección dependiendo de las magnitudes relativas de las cargas de la red real y reactiva en comparación con las salidas del generador y las pérdidas en la red.

El cambio de los flujos en la potencia activa y reactiva provocada por la generación incorporado tiene importantes implicaciones técnicas y económicas para el sistema de energía. Hasta la fecha, se ha prestado más atención a las cuestiones técnicas inmediatas de conectar y operar la generación de un sistema de distribución, y la mayoría de los países han desarrollado normas y prácticas para hacer frente a estos. En general, el enfoque adoptado ha sido asegurar que cualquier generación integrada no reduce la calidad de la oferta ofrecida a otros clientes y considerar los generadores como "carga negativa". Sólo ahora están siendo considerados Las consecuencias económicas y las oportunidades de generación integrada, y es probable que éstas se pondrán de manifiesto con mayor rapidez en las industrias de suministro de electricidad que están liberalizados y donde hay una clara distinción entre el suministro de electricidad (es decir, el suministro de kWh) y electricidad distribución (es decir, el suministro de servicios de red de distribución).

1.5 Impactos técnicos de generación integrada en el sistema de distribución

En esta sección se revisan los principales impactos técnicos de la producción integrada en el sistema de distribución. En capítulos posteriores del libro se ocupan de estos temas con más detalle, pero la intención aquí es proporcionar una visión general introductoria de los temas.

1.5.1 Cambio de los voltajes en la red

Cada empresa de distribución tiene la obligación de suministrar a sus clientes a una tensión dentro de los límites especificados. Este requisito a menudo determina el diseño y el costo de los circuitos de distribución y así, en los últimos años, las técnicas se han desarrollado para hacer el máximo uso de los circuitos de distribución para abastecer a los clientes dentro de los voltajes requeridos. El perfil de tensión de un alimentador de distribución radial se muestra en la Figura 1.6.Los niveles de tensión precisos utilizados difieren de país a país, pero el principio de funcionamiento de los alimentadores radiales sigue siendo el mismo. Tabla 1.4 muestra los niveles normales de tensión utilizados.La figura 1.6 muestra que la relación del transformador MT / BT se ha ajustado utilizando fuera de circuito de los grifos para que en los momentos de máxima carga al cliente más remoto recibirán voltaje aceptable. Durante la carga mínima tensión recibida por todos los clientes es justo por debajo del máximo permitido. Si un generador incorporado está ahora conectado al extremo del circuito a continuación, los flujos en el circuito van a cambiar y por lo tanto el perfil de tensión. El caso más pesado es probable que sea cuando la carga del cliente en la red está en un mínimo y la salida del generador incrustado debe fluir de vuelta a la fuente. Se verá en el capítulo 3 que para una red de distribución de carga ligera el aumento de tensión aproximada (ΔV) debido a que el generador se da (por unidad) por

(1.1)

Figura 1.6 Variación de la tensión hacia abajo un alimentador radial (después de Referencia 8)

A tensión mantiene constante por el cambiador de tomas del transformador de distribuciónA-B caída de tensión debido a la carga en el alimentador de MVB-C Tensión impulso debido a los toques de transformador MT / BTC-D caída de tensión en el transformador MT / BTD-E caída de tensión en el alimentador de LV

Tabla 1.4 niveles de tensión utilizada en los circuitos de distribución

Donde:

P = potencia activa del generadorQ = salida de potencia reactiva del generadorR = resistencia del circuitoX = reactancia inductiva del circuitoV = voltaje nominal del circuito

En algunos casos, el aumento de tensión puede ser limitado por la inversión del flujo de potencia reactiva (Q), ya sea mediante el uso de un generador de inducción o por baja excitación de una máquina síncrona y que funciona a factor de potencia. Esto puede ser eficaz en circuitos aéreas de voltaje, que tienden a tener una mayor proporción de X / R. Sin embargo, en los circuitos de distribución por cable LV el efecto dominante es el de la potencia real (P) y la resistencia de la red (R) y por lo que sólo muy pequeños generadores integrados pueden estar conectados a cabo generalmente en las redes BT.

Para los generadores más grandes se requiere un punto de conexión, ya sea en las barras de BT del transformador MT / BT o, para las plantas más grandes, directamente a un circuito MV o HV. En algunos países se utilizan reglas de diseño simples para dar una indicación de la capacidad máxima de generación integrada que puede conectarse a diferentes puntos del sistema de distribución. Estas reglas simples tienden a ser bastante restrictiva y cálculos más detallados a menudo muestran que más generación se puede conectar sin dificultades. Tabla 1.5 muestra algunas de las reglas que se utilizan.

Un enfoque simple alternativa a decidir si un generador puede conectarse es exigir que el nivel de cortocircuito trifásico (nivel de fallo) en el punto de conexión es un múltiplo mínimo de la calificación generador incorporado. Múltiplos de hasta 20 o 25 han sido requeridos para las turbinas de viento / parques eólicos en algunos países, pero de nuevo estas simples enfoques son muy conservadores. Los grandes parques eólicos se han operado con éxito en las redes de distribución, con una relación de nivel de fallo de potencia nominal tan bajo como 6 sin dificultades.

Si se llevan a cabo estudios de sistemas para investigar el efecto de los productores integrados de la tensión de red, entonces éstos pueden o bien considerar el impacto de la tensión recibida por los clientes o pueden estar basados en las variaciones de tensión permisibles de alguna sección

intermedia de la red de distribución. Estudios considerando el efecto de la generación incrustado en, por ejemplo, la tensión de la red 11 kV son más fáciles de llevar a cabo, pero tienden a dar resultados más restrictivas que las realmente teniendo en cuenta el efecto sobre la tensión recibida por los clientes de la red.

Algunas empresas de distribución utilizan un control más sofisticado de los tap de cargas cambiadores de los transformadores de distribución, incluyendo el uso de una señal de corriente combinado con la medición de voltaje. Una técnica es la de compensación de caída de línea [8] y, ya que esto depende de un factor de potencia supuesta de la carga, la introducción de generación integrada y el posterior cambio en el factor de potencia pueden conducir a un funcionamiento incorrecto si el generador incorporado es grande en comparación con la carga del cliente.

Tabla 1.5 Reglas de diseño utilizan a veces para indicar si un generador integrado puede conectarse

1.5.2 Aumento de los niveles de fallo de la red

La mayor planta de generación integrada utiliza máquinas rotativas y éstas contribuirán a los niveles de fallo de la red. Tanto la inducción y generadores síncronos aumentarán el nivel de fallo del sistema de distribución, aunque su comportamiento bajo condiciones de falla sufridas difiere.

En las zonas urbanas, donde el nivel de falla existente acerca a la calificación de la celda, el aumento de nivel de falla puede ser un grave impedimento para el desarrollo de la generación distribuida. Aumento de capacidad de conmutación de la red de distribución puede ser muy costoso y, en virtud de las políticas de tarificación que se utilizan actualmente en el Reino Unido, este costo será sufragado por el generador incorporado. La contribución nivel de fallo de un generador integrado puede ser reducido mediante la introducción de una impedancia entre el generador de la red por un transformador o un reactor pero a expensas de un aumento de las pérdidas y variaciones de tensión más

amplios en el generador. En algunos países limitadores de corriente explosivo fusible de fallas tipo se utilizan para limitar la contribución nivel de fallo de la planta de generación integrada.

1.5.3 Calidad de potencia

Dos aspectos de la calidad de la energía generalmente se consideran importantes: (i) las variaciones de tensión transitoria y (ii) la distorsión armónica de la tensión de red. Dependiendo de la circunstancia particular, planta de generación integrada puede bien aumentar o disminuir la calidad de la tensión recibida por otros usuarios de la red de distribución.

Planta de generación integrada puede causar variaciones de voltaje transitorios en la red si se permiten cambios relativamente grandes de corriente durante la conexión y desconexión del generador. La magnitud de los transitorios de corriente puede, en gran medida, ser limitada por diseño cuidadoso de la planta de generación integrada, aunque para los generadores individuales conectados a los sistemas débiles las variaciones de tensión transitorias causadas puede ser la limitación de su uso en lugar de la tensión de estado estacionario subir. Generadores síncronos pueden ser conectados a la red con perturbación insignificante si sincronizados correctamente, y las unidades de arranque suave antiparalelas se pueden utilizar para limitar la irrupción de magnetización de generadores de inducción a menos de la corriente nominal. Sin embargo, la desconexión de los generadores cuando funcionan a plena carga puede llevar a la significativa, si poco frecuentes, las caídas de tensión. Además, algunas formas de prime-motor (por ejemplo, las turbinas eólicas de velocidad fijos) pueden causar variaciones cíclicas en la salida del generador de corriente que puede conducir a la llamada 'parpadeo' molestia si no adecuadamente controlados [9,10]. A la inversa, sin embargo, la adición de la planta de generación integrada actúa para elevar el nivel de fallo de la red de distribución. Una vez que la generación se conecta las perturbaciones causadas por las cargas de otros clientes, o incluso fallas remotas, dará lugar a variaciones de tensión más pequeños y por lo tanto una mejor calidad de la energía. Es interesante observar que un enfoque convencional para la mejora de la calidad de la energía de las plantas de fabricación de alto valor sensibles es instalar generación local.

Del mismo modo, erróneamente diseñado o especificado plantas de generación integrados, con interfaces de electrónica de potencia a la red, puede inyectar corrientes armónicas que pueden conducir a inaceptables distorsión de la tensión de red. Sin embargo, los generadores conectados directamente también pueden reducir la impedancia armónica de la red de distribución y así reducir la tensión armónica red a expensas de un aumento de las corrientes armónicas en la planta de generación y los posibles problemas debidos a resonancias armónicas. Esto es de particular importancia si condensadores de corrección del factor de potencia se utilizan para compensar los generadores de inducción.

Un efecto bastante similar se muestra en el equilibrio de las tensiones de los sistemas de MT rurales mediante generadores de inducción. Las tensiones de las redes de MT rurales son con frecuencia desequilibradas debido a la conexión de cargas monofásicas. Un generador de inducción tiene una impedancia muy baja a voltajes desequilibrados y tenderá a dibujar grandes corrientes desequilibradas y por lo tanto equilibrar las tensiones de la red a expensas de un aumento de las corrientes en el generador y el consiguiente calentamiento.

1.5.4 Protección

Un número de diferentes aspectos de la protección del generador incorporado se puede identificar:• Protección de los equipos de generación de fallos internos• Protección de la red de distribución en fallo de corrientes de defecto suministrados por el generador incorporado• Pérdida de la red de protección• Impacto de la generación distribuida en la protección del sistema de distribución existente

Proteger el generador incorporado desde fallos internos suele ser bastante sencillo. Fallo corriente que fluye desde la red de distribución se utiliza para detectar la falla y técnicas utilizadas para proteger cualquier motor grande son generalmente adecuados. En las zonas rurales, un problema común es asegurar que no habrá corriente de falta adecuada de la red para garantizar un funcionamiento rápido de los relés o fusibles.

Protección de la red de distribución en fallo de corriente de falla de los productores integrados a menudo es más difícil. Generadores de inducción no puede suministrar corriente de falla sostenida a una falla trifásica primer plano y su contribución sostenida a fallas asimétricas es limitada. Generadores síncronos pequeños requieren excitadores sofisticados y campo obligando circuitos si son para proporcionar corriente de falla sostenida significativamente por encima de su corriente a plena carga. Por lo tanto, para algunas instalaciones es necesario contar con la protección de la distribución para despejar cualquier falla del circuito de distribución y, por tanto, aislar la planta de generación integrada que luego se tropezó con sobre / sub tensión, sobre / bajo protección de frecuencia o la protección de pérdida de red. Esta técnica de disparo secuencial es inusual pero necesario dada la incapacidad de algunos productores integrados para proporcionar corriente de defecto adecuado para los sistemas de protección más convencionales.

Protección de pérdida de alimentación es un tema en particular en una serie de países, sobre todo cuando se utiliza reenganche en los circuitos de distribución. Por una variedad de razones, tanto técnicos como administrativos, la operación prolongada de una isla de potencia alimentado desde el generador incorporado, pero no está conectado a la red de distribución principal es generalmente considerado inaceptable. Por lo tanto se requiere un relé que

detectará cuando el generador incorporado, y tal vez una parte circundante de la red, se ha convertido en isla y luego disparar el generador. Este relé debe trabajar dentro del tiempo muerto de cualquier esquema de reenganche si reconexión-de fase a cabo es que hay que evitar. Aunque se utilizan una serie de técnicas, incluyendo la de velocidad de cambio de frecuencia (ROCOF) y el cambio de vector de tensión, estos son propensos a molestias de disparo si se establece sensibilidad para detectar en isla rápidamente.

La puesta a tierra neutro del generador es un tema relacionado, porque en algunos países se considera inaceptable para operar un sistema de conexión a tierra y así se requiere cuidado en cuanto a donde se obtiene una conexión de neutro y tierra.

El problema de pérdida de red o en isla se ilustra en la Figura 1.7. Si el interruptor automático A abre, tal vez en una falla transitoria, bien puede haber corriente de falla insuficiente para operar disyuntor B. En este caso, el generador puede ser capaz de continuar alimentando la carga. Si la salida del generador es capaz de igualar la demanda de potencia real y reactiva de la carga precisamente entonces no habrá ningún cambio en cualquiera de la frecuencia o el voltaje de la sección en isla de la red. Por lo tanto, es muy difícil de detectar de forma fiable que el disyuntor A ha abierto usando sólo mediciones locales en B. En el límite, si no hay corriente que fluye a pesar de que A (el generador está suministrando toda la carga), entonces las condiciones de la red en B no se ven afectados si A es abierto o cerrado. También puede verse que dado que la carga está siendo alimentada a través de la delta devanado del transformador, entonces no hay tierra neutral en esa sección de la red.

Figure 1.7 Illustration of the ‘islanding’ problem

Por último, la generación distribuida puede afectar el funcionamiento de las redes de distribución existentes, proporcionando flujos de corriente de defecto que no se esperaba cuando la protección se diseñó originalmente. La contribución de falla de un generador incorporado puede soportar la tensión de red y conducir a los relés bajo alcance.

1.5.5 Estabilidad

Para planes de generación integrados, cuyo objeto es generar kWh de nuevas fuentes de energía renovables, las consideraciones de generador de estabilidad transitoria no tienden a ser de gran importancia. Si se produce un fallo en algún lugar de la red de distribución para bajar la tensión de la red y los generadores integrados, entonces todo lo que se pierde es un corto período de generación. El generador incorporado tenderá a velocidad excesiva y tropezar con su protección interna. El esquema de control del generador incrustado le luego esperar a que las condiciones de la red para ser restaurado y reiniciar automáticamente. Por supuesto, si el esquema de generación está destinado principalmente como proveedor de vapor para un proceso crítico se requiere entonces más cuidado para tratar de asegurarse de que el generador no se dispara para fallos de red remotos. Sin embargo, como la inercia de la planta de generación integrada suele ser baja y el tiempo de disparo de la protección de la distribución largo, puede que no sea posible para asegurar la estabilidad de todos los fallos en la red de distribución.

Por el contrario, si un generador incorporado es visto como la prestación de apoyo para el sistema de energía entonces su estabilidad transitoria se vuelve de gran importancia. Tanto tensión y / o estabilidad de los ángulos pueden ser significativas dependiendo de las circunstancias. Un problema particular en algunos países es disparos intempestivos de los relés ROCOF. Éstos se establecen con sensibilidad para detectar en isla pero, en el caso de una importante alteración del sistema (por ejemplo, pérdida de un generador central grande), puede Mal-operar y disparar grandes cantidades de generación integrada. El efecto de esto es, por supuesto, para bajar la frecuencia del sistema más. La restauración, después de un corte de luz, de un tramo de la red de distribución con generación integrada significativa también puede requerir atención. Si el circuito se basa en la generación integrada para soportar su carga y luego, una vez que se restablezca el circuito, la carga va a exigir el poder antes de la generación puede ser reconectado. Esto es, por supuesto, un problema común que enfrentan los operadores de redes centrales de generación / transmisión, pero es inusual en los sistemas de distribución.

Generadores sincrónicos hará polo de deslizamiento durante la inestabilidad transitoria pero cuando generadores de inducción sobrevelocidad dibujan muy grandes corrientes reactivas que luego se deprimen la tensión de red adicional y conducen a la tensión inestabilidad. El límite de estabilidad en estado estacionario de generadores de inducción también puede limitar su aplicación en redes de distribución muy débiles porque una impedancia de la fuente muy alta o baja de red de nivel de cortocircuito, pueden reducir su par máximo hasta tal punto que no pueden operar a la Calificación salida.

1.5.6 Funcionamiento en red

Generación Integrada también tiene consecuencias importantes para el funcionamiento de la red de distribución en circuitos que ahora pueden ser energizados desde un número de puntos. Esto tiene implicaciones para las

políticas de aislamiento y puesta a tierra para la seguridad antes de iniciar el trabajo. También puede haber mayor dificultad en la obtención de los cortes para el mantenimiento planeado y así reducida la flexibilidad para trabajar en una red con generación integrada conectada a ella.

1.6 Impacto económico de la generación integrada en el sistema de distribución

Los temas de las repercusiones técnicas de producción integrada en los sistemas de distribución son generalmente bien conocidos y cálculo y técnicas de diseño bien establecidas. Los únicos nuevos temas emergentes son los relacionados con la magnitud de penetración global de la generación integrada y las dificultades particulares de esquemas muy grandes están conectados a redes muy débiles. Por el contrario, el impacto económico de la generación distribuida en sistemas de distribución sólo ahora está siendo seriamente abordado.

La Generación Integrada altera el poder fluye en la red y por lo alterará pérdidas de la red. Si un generador integrado pequeña está situado cerca de una carga grande, entonces las pérdidas de la red se reducirán tanto potencia activa y reactiva se puede suministrar a la carga del generador adyacente. A la inversa, si un gran generador incrustado se encuentra lejos de cargas de la red, entonces es probable que aumenten las pérdidas en el sistema de distribución. Una complicación adicional surge debido a los valores de la energía eléctrica que difieren como la red aumenta la carga. En general, existe una correlación entre la alta carga en la red de distribución y el uso de la planta de generación caro. Por lo tanto, cualquier generador incorporado que puede operar en este período y reducir las pérdidas de la red de distribución tendrá un impacto significativo en los costos de operación de la red.

En la actualidad, la generación integrada en general no toma parte en el control de la tensión de las redes de distribución. Así, en el Reino Unido, los productores integrados generalmente optar por operar con factor de potencia unidad para minimizar sus pérdidas eléctricas y evitar los cargos por consumo de energía reactiva, con independencia de las necesidades de la red de distribución. En Dinamarca se han hecho algunos avances en este sentido con los esquemas de cogeneración integrados que funcionan a tres factores de potencia diferentes de acuerdo a la hora del día [11]. Durante los períodos de picos de carga de potencia reactiva se exporta a la red, mientras que durante la carga de la red bajo los generadores funcionan a factor de potencia unitario.

La Generación Integrada puede también, en principio, ser utilizado como un sustituto de la capacidad de la red de distribución. Es evidente que los productores integrados no pueden sustituir a los alimentadores radiales, como la operación en isla no es aceptable en general, y las extensiones de la red pueden ser necesarios para recoger la energía de los planes aislados de energía renovable. Sin embargo, la mayoría de los circuitos de distribución de alta tensión se duplican o engranados, y la generación distribuida puede reducir la necesidad de estos activos. En la actualidad el concepto, que la generación

distribuida puede sustituir a la capacidad del circuito de distribución, no es generalmente aceptada por los servicios públicos de distribución.

1.7 Impacto de la generación integrada en el sistema de transmisión

De una manera similar a la del sistema de distribución, generación incrustado le alterar los flujos en el sistema de transmisión. Por lo tanto las pérdidas de transmisión serán alteradas, generalmente reducido, mientras que en una red de transporte de gran complejidad que es más fácil demostrar que los flujos reducidos conducen a un menor requerimiento de activos. En el Reino Unido, los cargos por uso de la red de transmisión actualmente se evalúan con base en una medición de la demanda pico en el suministro Punto de cuadrícula. Cuando la planta de generación integrada puede demostrar estar operando durante los períodos de máxima demanda, entonces se reduce claramente los cargos por uso de la red de transmisión.

1.8 Impacto de la generación distribuida en la generación de centrales

El principal impacto de la generación integrada en la generación central es para reducir la media de la salida de potencia de los generadores centrales pero, a menudo, para aumentar la varianza. En un gran sistema de energía eléctrica, la demanda del consumidor se puede estimar con bastante precisión por la autoridad expedidora generador. Generación Integrada introducirá incertidumbre adicional en estas estimaciones y así puede requerir planta de reserva adicional. En Dinamarca [11,12], se ha hecho un esfuerzo considerable para predecir la producción de los parques eólicos de la previsión de la velocidad del viento, y se incluyeron las plantas de cogeneración mediante la previsión de la demanda de calor. Ambas previsiones se basan en técnicas meteorológicas. Como generación integrada suministra una proporción creciente de la carga del cliente, sobre todo en épocas de baja demanda, la provisión de reserva de generación y control de frecuencia se convierte en una cuestión importante. Convencional planta generadora central (es decir, vapor o hidro-juegos) es capaz de proporcionar estos importantes servicios auxiliares que son necesarios para el sistema de energía para funcionar. Si generación integrada desplaza dicha planta a continuación, estos servicios deben ser prestados por otros y los costos adicionales asociados entonces reducir el valor de la salida de la producción integrada. Este punto se discute en detalle en la evidencia de la cuadrícula Empresa Nacional de la Cámara de los Lores Comité Selecto [7].

1.9 Referencias

1 CIGRE STUDY COMMITTEE No. 37: ‘Impact of increasing contributions of dispersed generation on the power systems’. Final report of Working Group 37–23, September 1998. To be published in Electra

2 CIRED preliminary report of CIRED Working Group 04: ‘Dispersed generation’. Issued at the CIRED Conference in Nice, June 1999

3 SCHWEER, A.: ‘Special report for Session 3’. Paper no. 300–00, CIGRE Symposium on Impact of demand side management, integrated resource planning and distributed generation, Neptun, Romania, 17–19 September 1997

4 PETRELLA, A.J.: ‘Issues, impacts and strategies for distributed generation challenged power systems’. Paper no. 300–12, CIGRE Symposium on Impact of demand side management, integrated resource planning and distributed generation, Neptun, Romania, 17–19 September 1997

5 EnergieNed: ‘Energy distribution in the Netherlands, 1997.’

6 COMMISSION OF THE EUROPEAN UNION: ‘Energy for the future: renewable sources of energy’. White paper for a community strategy and action plan, COM 97, 599.

7 HOUSE OF LORDS SELECT COMMITTEE ON THE EUROPEAN COMMUNITIES: ‘Electricity from renewables’. HL Paper 78–1, June 1999, The Stationery Office

8 LAKERVI, E., and HOLMES, E.J.: ‘Electricity distribution network design’ (Peter Peregrinus, London, 1989)

9 HEIER, S.: ‘Grid integration of wind energy conversion systems’ (John Wiley and Sons, Chichester, 1998)

10 DUGAN, S., MCGRANAGHAN, M.F., and BEATY, H.W.: ‘Electrical power systems quality’ (McGraw Hill, New York, 1996)

11 JORGENSEN, P., GRUELUND SORENSEN, A., FALCK CHRISTENSEN, J., and HERAGER, P., ‘Dispersed CHP units in the Danish Power System’. Paper no 300–11, CIGRE Symposium on Impact of demand side management, integrated resource planning and distributed generation, Neptun, Romania, 17–19 September 1997

12 FALCK CHRISTENSEN, J., PEDERSEN, S., PARBO, H., GRUELUND SORENSEN, A., and TOFTING, J., ‘Wind power in the Danish Power System’. Paper no. 300–09, CIGRE Symposium on Impact of demand side management, integrated resource planning and distributed generation, Neptun, Romania, 17–19 September 1997