Control de un sistema de almacenamiento de energía empleando volantes de inercia en regulación de frecuencia

Abstract

Los dispositivos de almacenamiento de energía permiten mejorar la calidad y seguridad del suministro eléctrico. En este trabajo se presenta el dispositivo basado en una masa girante, denominada volante de inercia, conectada a una máquina eléctrica con el propósito de transformar la energía eléctrica en cinética rotacional y viceversa, sistema denominado FESS (Flywheel Energy Storage System). Se presenta como objetivo principal modelar, controlar y simular un FESS aplicado a regulación de frecuencia y como objetivo secundario buscar, desarrollar y evaluar posibles aplicaciones de este dispositivo en los sistemas eléctricos chilenos SIC y SING. Para alcanzar los objetivos el trabajo se divide en dos partes. En la primera parte se realiza un modelo detallado del FESS, diseñando y ajustando para éste un control de potencia activa mediante el programa Matlab Simulink. Se analiza su comportamiento ante distintas condiciones iniciales y perturbaciones, demostrando que el FESS tiene una respuesta rápida, precisa y robusta. En la segunda parte se programa un modelo simplificado del FESS junto con su control en Digsilent PowerFactory, se verifica que el comportamiento del FESS modelado es comparable con el anterior y se conecta a los sistemas SIC y SING.

En el SIC se realiza un control de transferencia que demuestra ser eficiente para mantener el criterio N-1 del tramo controlado siendo económicamente un proyecto desfavorable por la alta inversión inicial. Se presenta luego una segunda aplicación que permite evitar el vertimiento de energía eólica, demostrando que el FESS resuelve uno de los impactos negativos a la red por la generación intermitente de fuentes renovables. Su evaluación económica se estima altamente riesgosa debido a que su operación depende que dos sucesos se produzcan simultáneamente. El modelo aplicado en el SING ayuda a mejorar la velocidad de respuesta de la reserva en giro asociada al generador frente a perturbaciones de la red, ayudando también a obtener una mejor respuesta en el sistema. Su evaluación económica es favorable dado que el generador con costos variables bajos presenta una mayor venta de energía dado el aumento de potencia por la instalación del FESS. Los objetivos fueron alcanzados satisfactoriamente. Se propone como trabajo futuro estudiar la parte mecánica del dispositivo como también realizar estudios relativos a la optimización del FESS, tanto en su control como en su conexión a la red.