Localización de sistemas de baterías para el mejoramiento del desempeño en estabilidad transitoria de los sistemas eléctricos de potencia

Abstract

La creciente penetración de energías de carácter variable en los últimos años permite prever que los sistemas eléctricos de potencia requerirán la incorporación de nuevas tecnologías que flexibilicen su operación. Entre estas tecnologías, una de las más importantes son los sistemas de almacenamiento basados en baterías (BESS) los que han demostrado tener la capacidad de entregar un amplio abanico de servicios a los SEP. En particular, en la bibliografía se menciona que los BESS tienen capacidad de aportar a la estabilidad transitoria de ángulo de los SEP, pero pocos trabajos profundizan en esto. Más aún, la incorporación de BESS en el sistema abre el problema de localizarlos óptimamente, lo que ha sido abordado principalmente desde perspectivas de operación económica, reducción de pérdidas o regulación de tensión. En este trabajo se estudia como la interacción de los BESS con los sistemas eléctricos permite mejorar su desempeño dinámico en términos de estabilidad transitoria. Comprendido esto, se diseña una metodología de localización óptima de módulos BESS, considerando criterios de estabilidad transitoria. El estudio demuestra que el intercambio de potencia de los BESS permite elevar la capacidad de transferencia de potencia activa de las máquinas del sistema durante una perturbación. Esto reduce la aceleración de los ángulos de rotor durante y después de la contingencia, aumentando la capacidad del sistema de mantener una operación estable. Se estudia además que este aporte del BESS se puede ver manifestado en el criterio de las áreas iguales, que determina el margen de estabilidad del sistema como la diferencia entre el área desacelerante y el área acelerante. Este margen de estabilidad para sistemas de varias máquinas se puede determinar según el equivalente SIME del sistema (single machine equivalent) el cual condensa la dinámica de los ángulos de todas las máquinas en la dinámica de una máquina equivalente. Por otra parte, el problema de localización óptima es un problema discreto, combinatorial, no lineal, por lo que se utilizan algoritmos genéticos (GA) para explorar el espacio de soluciones factibles. Si bien los GA no garantizan la obtención de optimalidad global, se ha demostrado que tienen una notable capacidad para encontrar soluciones cercanas al óptimo en tiempos de computo reducidos. Para evaluar el desempeño dinámico de una distribución de BESS, el algoritmo evalúa el margen de estabilidad del equivalente SIME del sistema. La metodología se implementa en el IEEE 39 bus system, modificado para representar un escenario de alta penetración renovable. La metodología permite la obtención de una distribución de módulos BESS que mejora el desempeño transitorio del sistema, focalizando el aporte de los BESS en torno a aquellas contingencias con peores desempeños dinámicos. Se comprueba además la capacidad del GA de encontrar buenas soluciones en tiempos de cómputos razonables, requiriendo la exploración de una ínfima porción del espacio de soluciones factibles para encontrar una buena distribución. Se verifica también la pertinencia del margen de estabilidad del equivalente SIME como una buena medida del desempeño dinámico del sistema.