Aplicación de redes inteligentes para la coordinación de elementos activos en redes de distribución de media tensión

Abstract

El uso de generación distribuida (GD) ha aumentado de forma considerable en los últimos años a nivel mundial, en países como Alemania se registra una alta participación de la GD, debido a que durante la década del 2000 fue implementada una tarifa mayor frente a otras tecnologías convencionales por sus inyecciones al sistema (Feed-in Tariff). La capacidad instalada de generación solar fotovoltaica (Solar PV) es de 31 GWp, en donde un 70% representa energía solar PV conectada a redes de baja tensión (0,4 kV). En Chile bajo el contexto de la Ley 20.571 es posible instalar GD en redes de distribución de forma libre, mientras siga las normas estipuladas en el marco regulatorio. En cifras, según lo declarado en el portal de energía abierta de la Comisión Nacional de Energía (CNE), la capacidad de GD de tecnología solar es de 11,9 MW en total a fines de 2017. La inclusión de tales niveles de GD trae consecuencias a la operación de las redes de distribución, principalmente relacionadas con la calidad de suministro, tales como problemas de tensión, frecuencia, distorsión armónica y desbalances. Además, posee consecuencias sobre los activos de la empresa distribuidora, como por ejemplo la sobrecarga de conductores o transformadores. El objetivo principal de este trabajo es utilizar redes inteligentes en un ambiente de simulación para mitigar los problemas de régimen permanente introducidos por la GD de tipo Solar PV, principalmente asociados a sobretensiones y sobrecarga de conductores. Para ello se busca integrar estrategias de control, tanto en la cabecera del alimentador como de forma local en la generación solar mediante el uso adecuado de elementos activos del sistema, tales como, inversores de potencia de la GD, cambiador de tap del transformador de la subestación alimentadora y bancos de baterías. La metodología incluye la evaluación de estos problemas en una red realista de media tensión (MT) ubicada en la comuna Diego de Almagro, con la finalidad de determinar en qué porcentaje de adopción aparecen los problemas de interés. Las estrategias mencionadas con antelación se integran en un modelo de optimización usando el solver Gurobi que incluye el cálculo del flujo de potencia (OPF). El OPF se realiza con una relajación del problema no-lineal, para validar las soluciones de este método se compara con el OPF obtenido utilizando OpenDSS. Los resultados muestran que la coordinación de elementos activos permite solucionar problemas técnicos de régimen permanente en redes MT, el cambiador de tap del transformador AT/MT y la regulación del factor de potencia del inversor en la GD Solar PV permiten contribuir de forma efectiva a la regulación de tensión del sistema, mientras que la capacidad de almacenamiento es la estrategia más efectiva para solucionar problemas de capacidad en los equipos de la red.