Los Retos del Despliegue de una Micro Red

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Una implementación exitosa de una micro red empieza con un diseño de ingeniería de frente, lo cual determina los parámetros de la generación distribuida y cualquier modificación apropiada del sistema de distribución existente. Esto se hace todavía más claro cuando empezamos a considerar que tantos de nuestros estándares de diseño existentes asumen que una fuente de una compañía eléctrica grande está activando el alimentador y cómo la remoción de la presencia de la compañía eléctrica cambia drásticamente el nuevo sistema de energía de la micro red.

Para ilustrar esto, demos un vistazo a algunos de los más comunes elementos de diseño en un sistema de distribución empezando con la coordinación de la protección.

Un sistema coordinado exitosamente, está diseñado intencionalmente para minimizar las interrupciones aislando una falla tan cerca como sea posible de la ubicación de la falla. Para hacer esto, cada dispositivo de protección de sobrecorrientes en un alimentador responde un poco más rápido y más sensiblemente mientras más alejado se encuentre de la subestación. La corriente de falla en dicho sistema consiste típicamente en los miles de amperes, y en muchos sistemas la preocupación es que la corriente de falla crece con el tiempo para exceder la capacidad física del equipo de distribución.

¿Qué sucede en un ambiente de micro red, específicamente, cuando el alimentador del sistema de la compañía eléctrica es desconectado?

Debido a que la contribución de la corriente de falla de los recursos de la energía distribuida es inherentemente mucho más baja que la contribución de la compañía eléctrica (la cual está conectada al valor de la generación de un sistema completo de transmisión), la corriente de falla en un alimentador aislado estará en los órdenes de magnitud menores que la corriente de carga. En muchos casos, una falla en una micro red aislada podría ser de una magnitud comparable a la corriente de carga, desafiando los esquemas de protección que utilizan los dispositivos típicos de protección de sobrecorrientes. Una falla que ocurre en dicho sistema jamás podrá ser despejada por un fusible tradicional, y la mayoría de los dispositivos de protección de sobrecorrientes basados en un microprocesador no están ajustados con la sensibilidad suficiente como para detectar dicha falla en primer lugar.

Si fuéramos solamente a implementar una micro red en un alimentador sin considerar las implicaciones de la coordinación de la protección, nuestra protección no coordinará más. Una falla en cualquier lugar en este sistema causará que se desconecte toda la generación distribuida, por lo tanto todo el alimentador será des-energizado.

Para combatir esto, los dispositivos de protección existentes en el sistema deberán ser evaluados para su idoneidad con esta aplicación para la cual no estaban destinados originalmente. Este es un proceso de ingeniería complejo, y no existe una solución única que pueda ser implementada a través de todas las micro redes, dadas las mezclas de cargas únicas, las fuentes de generación y la infraestructura existente. El proceso para superar estos retos empieza con la evaluación experta del sistema de la compañía eléctrica, el equipo de protección actual en el sitio y un conocimiento a fondo de cómo se espera que opere la micro red.

Otro problema que comúnmente se pasa por alto al aplicar las micro redes al sistema de distribución es lo que sucede durante el arranque o puesta en marcha cuando está en modo de aislamiento.

Normalmente, la fuente de la compañía eléctrica permite que la mayoría de los alimentadores de distribución sean energizados con relativa facilidad ya que la corriente energizante de los transformadores y cargas es fácilmente distinguible de la corriente de falla de la compañía eléctrica. La mayoría de los procedimientos de energización en un alimentador tradicional son para asegurar que el sistema es seguro para ser energizado (por ejemplo, las fallas han sido reparadas como ha sido necesario), después cerrando el interruptor automático abierto. Pero en una aplicación de micro red, el diseñador del sistema debe entender la relación entre las capacidades del equipo de generación y las cargas en el sistema para determinar si se deben establecer procedimientos más complicados.

Al encender una micro red en modo de aislamiento (operando independientemente de la red de distribución), la corriente energizante del sistema puede causar desviaciones significativas en la frecuencia y el voltaje del sistema y podría causar que la protección del generador se dispare fuera de línea durante el arranque. Las técnicas de mitigación involucran el análisis especializado de los tipos de generación seleccionados para energizar la micro red durante una situación de aislamiento y el proceso de reingeniería de sus controles para aplicaciones de micro red. Es más, la protección debe ser capaz de distinguir los escenarios de energización de los escenarios de falla para seguir a través de los escenarios de energización y disparar rápidamente en los escenarios de falla. Esto solamente sucede con un diseño bien pensado y con un conocimiento a fondo del sistema.

El balance entre la generación y las cargas también tiene que ser continuamente mantenido durante toda la operación de la micro red aislada. Cambiar las cargas, especialmente los bloques de carga grandes, puede tener un efecto más dramático en la estabilidad total en el sistema aislado que cuando está conectada la red de distribución. Esto es causado por la carga cambiante siendo típicamente un porcentaje mayor de la energía total de salida disponible de la generación (por órdenes de magnitud). Subsecuentemente, la generación debe ser intencionalmente seleccionada y el sistema de control de la micro red debe ser totalmente capaz de monitorear la estabilidad del sistema y el despacho/restricción de la producción del generador como sea necesario para mantener la estabilidad del sistema.

Diseñar el alimentador para operar sin estar presente una fuente fuerte de la compañía eléctrica es uno de los más grandes retos de la implementación de una micro red exitosa, especialmente debido a que la industria tiene décadas de tener una filosofía de diseño establecida asumiendo la existencia de una fuente fuerte en la compañía eléctrica. Conforme las micro redes se vuelven más comunes, este problema crece y muy a menudo pasa desapercibido hasta que ya es muy tarde, resultando en proyectos que exceden drásticamente sus presupuestos y programas para resolver el problema o, lo que es peor, fallan al ser puestas en línea.

Me interesaría conocer sus pensamientos acerca de los retos que enfrenta al implementar una micro red exitosa.