CIRCE obtiene la patente de un algoritmo que mejora la eficiencia de la red con penetración renovable

Solucionar la intensidad de cortocircuito con aportación de energía renovable basada en electrónica de potencia

CIRCE ha obtenido la patente de un algoritmo de selección de fase en falta multicriterio que logra mejorar hasta niveles cercanos al 100% de efectividad el funcionamiento de la protección de distancia en redes con penetración renovable. Este desarrollo es fruto del trabajo de cuatro años dentro de MIGRATE, un proyecto de investigación financiado por la Comisión Europea bajo el programa H2020, en el que CIRCE ha participado junto con REE, Schneider Electric, Universidad de Delft y Universidad de Manchester en el análisis sobre cómo la penetración de renovables puede afectar al funcionamiento de las protecciones frente a cortocircuitos. 

Las protecciones actuales se encuentran diseñadas para actuar ante cortocircuitos donde la aportación de la corriente de falta provenga de generación síncrona, la cual se corresponde con una elevada o muy elevada intensidad. Sin embargo, esta intensidad de cortocircuito se reduce drásticamente cuando la aportación es procedente de fuentes de energía renovable basadas en electrónica de potencia. 

Asimismo, el comportamiento dinámico de esta corriente ante este tipo de contribución se ve modificado de forma significativa. Es por ello que, dentro del proyecto MIGRATE, CIRCE ha estudiado el efecto de la intensidad de cortocircuito procedente de fuentes de energías renovables en las protecciones actuales en su propio laboratorio de simulación en tiempo real RTDS (Real-Time Digital Simulator). 

Este laboratorio ha permitido estudiar dos equipos de protección comerciales y analizar el comportamiento de las funciones de distancia y sus esquemas de comunicación, diferencial de línea y sobreintensidad direccional de línea. 

En paralelo, la universidad de Delft ha realizado las mismas pruebas sobre otros dos fabricantes de protecciones comerciales con el objetivo de estudiar un total de cuatro fabricantes. Durante estos ensayos se observaron problemas de detección principalmente para la función de distancia debido a malas actuaciones de los selectores de fases en falta, los detectores de direccionalidad y la medida de impedancia.

Algoritmo desarrollado e implementado por CIRCE en una protección de Schneider Electric

Estos errores, observados en el estudio realizado en RTDS con los fabricantes comerciales, justificaban dentro del proyecto realizar un desarrollo de algoritmo que corrigiera el comportamiento observado en los sistemas de protección. El algoritmo fue desarrollado en CIRCE e implementado en una protección comercial de Schneider Electric (modelo P544) para la realización de prueba de concepto durante el proyecto. 

El resultado de la prueba de este algoritmo, cargado en la protección MICOM P544 vía actualización de firmware, fue satisfactorio para la actuación de la función de distancia tanto ante un escenario de penetración de renovables como de generación síncrona convencional (basado en las pruebas funcionales de la norma IEC-60255:121). 

En base a todo ello, el proyecto ha arrojado varias conclusiones como la necesidad de revisar la filosofía y criterio de protección de la red para asegurar una transición hacia un sistema de potencia con alta penetración de electrónica de potencia y energías renovables o la necesidad de definir requisitos claros para el comportamiento de la electrónica de potencia durante faltas equilibradas y desequilibradas. 

Otras de las conclusiones es que los sistemas de protección actuales son fiables en escenarios con generación síncrona dado que, en caso de cortocircuito, el comportamiento del sistema ante perturbaciones resulta predecible y los valores de tensión e intensidad ante dichos eventos conocidos y la magnitud de intensidad muy elevada. 

Sin embargo, en el nuevo escenario con alta penetración de renovable los sistemas de control de la electrónica de potencia posee una elevada influencia sobre la respuesta del sistema y las tensiones e intensidades que se producen durante un cortocircuito. Es por ello que, para tener un fiable y predecible comportamiento del sistema, deben definirse requisitos a estos generadores renovables. 

Por todo ello, el proyecto considera necesario definir criterios para verificación del cumplimiento de estos requisitos por parte de los generadores basados en electrónica de potencia.