Evaluación del comportamiento de las centrales eólicas y fotovoltaicas durante cortocircuitos y su influencia en los sistemas de protección eléctrica en el sistema eléctrico nacional

Abstract

El constante aumento del precio de los combustibles tradicionales ha hecho de las energías renovables una alternativa para generar energía en forma independente y al margen de los variables costos de los combustibles fósiles. Particularmente, Chile es un país con una gran disponibilidad de energías renovables, sean éstas eólica y solar, entre otras. Esto hace de Chile un país con un gran potencial para independizarse de las energías tradicionales y de la variabilidad en sus costos, observando un aumento de generación eléctrica por medio de fuentes de Energía Renovable Variable (ERV), trayendo consigo cambios en los Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP), como lo es el efecto sobre los niveles de corriente de cortocircuito (CCC), asociados al funcionamiento de las protecciones eléctricas. Para analizar el efecto de esta inclusión masiva de ERV en los sistemas de protecciones de un SEP, se utiliza el software DIgSILENT PowerFactory para crear un modelo que represente una región con zonas de generación y cargas, junto con líneas de transmisión y sus protecciones eléctricas. En este modelo, en el cual existen dos zonas de generación, de 100[MVA] y 50[MVA], se puede cambiar las fuentes de generación de energías fósiles por ERV, en base de centrales modelo de estas tecnologías: Planta Eólica La Estrella (DFIG) y Planta Fotovoltaica La Huella (inversores por hilera), en donde cada tipo de central es de potencia nominal de 100[MVA], ajustándose a la generación deseada en cada caso de estudio, (33%, 50%, y 100% de su potencia nominal) para luego, por medio de simulaciones de fallas, obtener proyecciones de los niveles de CCC. Inicialmente se obtiene que los niveles de CCC son más altos en los terminales de las centrales en casos con fuentes de generación fósil: 0,84[kA] de corriente de falla trifásica, mientras que, bajo las mismas condiciones, una central eólica presenta 0,52[kA] de corriente de falla y 0,29[kA] de corriente de falla para una central fotovoltaica. Sin embargo, a medida que la distancia aumenta al punto de falla, los niveles de cortocircuito disminuyen a valores similares: 0,39[kA] para el caso de centrales fósiles y 0,20[kA] para el caso de centrales fotovoltaicas, lo que implica que la distancia entre las centrales y el punto de falla tiene una gran influencia sobre los niveles de CCC. En el análisis del comportamiento de las protecciones eléctricas, se observa que la combinación de distintas fuentes de potencia aumenta considerablemente el nivel de CCC, trayendo consigo descoordinaciones en las protecciones en el caso de generación combinada, pero no así en casos de generación netamente de una única tecnología. Finalmente, se procede a llevar a cabo simulaciones en la región de Atacama del modelo del SEN, provisto por el Coordinador Eléctrico Nacional (CEN). Se realiza un reemplazo mayoritario de energías fósiles presentes por ERV y se analizan los niveles de CCC, obteniendo que la distancia entre el punto de falla a los terminales de centrales más la alta interconexión de un sistema tiene mayor efecto en los niveles de cortocircuito que el tipo de central en funcionamiento, observando tan solo una diferencia de 6,7% en los niveles de cortocircuito en el caso más extremo y 1,1% en el caso con menor variabilidad.