En los últimos años, el número de recursos basados en inversores (IBRs, por sus siglas en inglés) conectados a los sistemas eléctricos a nivel mundial ha crecido exponencialmente, y se espera que este crecimiento continúe. Con el aumento de la participación de los IBRs en la red, surgen desafíos y oportunidades únicas para la planificación y operación del sistema. El funcionamiento exitoso de una red eléctrica depende de diversos servicios en distintas escalas de tiempo, en forma de energía, capacidad y servicios esenciales de confiabilidad. A medida que aumenta la participación de los IBRs, es crucial investigar los servicios que podrían proporcionar. Desde hace mucho tiempo se ha establecido que los IBRs pueden utilizarse para operar redes pequeñas y aisladas sin ninguna generación sincrónica. Sin embargo, los estudios que analizan la capacidad de una red más grande, con un alto nivel de IBRs, para mantenerse estable durante una perturbación—específicamente, analizando el impacto de los parámetros de respuesta de frecuencia/caída—han mostrado que podría ser posible que algunos sistemas con un nivel muy alto de IBRs mantengan su estabilidad durante ciertas perturbaciones, utilizando los controles de potencia activa-frecuencia y potencia reactiva-voltaje de los IBRs existentes, sin necesidad de depender de un solo recurso sincrónico grande.

El informe se centra en los servicios de los IBRs en una escala de tiempo corta, desde una perspectiva de estabilidad. Ejecutar un sistema con altos niveles de IBRs puede presentar desafíos en términos de estabilidad de frecuencia, voltaje, ángulo y control. Tradicionalmente, estos servicios han sido proporcionados por máquinas sincrónicas, y a medida que aumenta el porcentaje de IBRs, pueden surgir riesgos relacionados con la estabilidad. Se han identificado diferentes servicios de estabilidad para sistemas eléctricos de distintos tamaños y con diferentes niveles de penetración de IBRs. Es necesario comprender mejor estos desafíos para resaltar los servicios que los IBRs podrían proporcionar con el fin de mitigar los riesgos y desafíos en torno a la estabilidad de frecuencia, voltaje, ángulo y control.

Las necesidades de estabilidad se han dividido en términos de sincronización y estabilidad angular, amortiguamiento, regulación de frecuencia y regulación de voltaje. Tal categorización (y otras, como las encontradas en Chaudhuri et al., 2024) puede ayudar a identificar los servicios específicos necesarios de los IBRs, permitiendo un enfoque en los servicios que una red particular necesita para garantizar la estabilidad frente a un conjunto específico de perturbaciones y evaluaciones más precisas sobre cómo deben comportarse los IBRs para proporcionar estos servicios. Los diferentes servicios de la red requeridos de los IBRs, desde una perspectiva de estabilidad, pueden cambiar a medida que se pasa de niveles moderados de IBRs a redes centradas en IBRs y a redes operadas por IBRs al 100%. Las diversas necesidades o servicios de la red pueden o no convertirse en productos de mercado; algunas necesidades podrían incorporarse a los códigos de red. De los diversos servicios posibles de los IBRs, algunos, como los servicios de estabilidad de voltaje y frecuencia, se están investigando y utilizando hoy en día. Varios operadores de redes ya tienen respuesta rápida de frecuencia y capacidad de permanencia en voltajes bajos/altos como algunos de los servicios o requisitos de códigos de red para los IBRs. Sin embargo, los códigos/servicios de red existentes se limitan a unos pocos servicios, y aún se necesita un estudio de los servicios proporcionados por los IBRs para satisfacer las necesidades de la red.

De las diferentes necesidades/servicios de la red identificados desde una perspectiva de estabilidad, se ha prestado mucha atención a la respuesta rápida de frecuencia en la comunidad de investigación y de servicios públicos. La respuesta de frecuencia inherente a diferentes tecnologías de generación puede diferir según la tecnología, y mejorar la respuesta de frecuencia de la red en una red con niveles elevados de IBRs puede requerir una combinación de tecnologías, en lugar de una sola tecnología (como se veía cuando los generadores sincrónicos proporcionaban la mayor parte o toda esta respuesta). Además de la respuesta rápida de frecuencia, la respuesta rápida y robusta de voltaje es otro servicio importante para garantizar la operación estable de un sistema con niveles elevados de IBRs. Por lo tanto, este informe se centra en los servicios de respuesta de voltaje y frecuencia de los IBRs. Para que los IBRs reciban un incentivo para ofrecer diversos servicios a la red, es importante identificar el desempeño deseado y el marco temporal en el que se requiere este desempeño. Los diferentes servicios pueden ser más relevantes durante perturbaciones particulares. Una contingencia común considerada para los sistemas eléctricos es la pérdida de generación. Esto generalmente resulta en un desajuste carga-generación, lo que lleva a una caída en la frecuencia, que se recupera a medida que la respuesta de frecuencia de diferentes dispositivos compensa la generación perdida. En los primeros segundos de esta perturbación, también puede ser necesaria una respuesta de voltaje para mantener un perfil de voltaje estable en el sistema. Por lo tanto, este informe investiga algunos tipos de perturbaciones relacionadas con la pérdida de generación, considerando los servicios de respuesta rápida de voltaje y frecuencia de los IBRs para mantener una operación estable de la red en redes con altos niveles de IBRs para tales perturbaciones.

El informe evalúa las ventajas de aprovechar toda la capacidad de los IBRs existentes mediante un ejercicio de simulación. La capacidad de entregar un servicio para una planta IBR radica en el control a nivel de planta o a nivel de inversor. El impacto de usar uno u otro puede ser sustancial cuando hay un alto porcentaje de IBRs en la red. Este estudio se centró en aprovechar la respuesta de frecuencia a nivel de inversor y el control de voltaje para evaluar cómo el uso de esta capacidad adicional puede beneficiar a la red en un caso de IBR extremadamente alto. Este enfoque se centró en la especificación basada en el desempeño, en lugar de en una tecnología específica de inversor, y destaca el valor de considerar servicios particulares de los IBRs, en lugar de usar un solo término como «comportamiento de fuente de voltaje» para explicar el comportamiento que se necesita o se desea de los IBRs avanzados o futuros. El informe se divide así, la Sección 2 del informe describe los modelos de IBR utilizados para el estudio y evalúa los modelos desde una perspectiva de estabilidad. Luego, se presentan tres estudios de caso en las Secciones 3, 4 y 5 para diferentes sistemas y condiciones. La Sección 3 describe una red microcósmica, mientras que la Sección 4 utiliza una red insular real. La Sección 5 considera una red grande y estudia el impacto de algunas de las suposiciones consideradas al solicitar servicios de respuesta de frecuencia de los IBRs. La Sección 6 resume las observaciones clave e ideas de los estudios realizados.

Este informe evaluó las necesidades del sistema para nuevos servicios de red en redes dominadas por IBRs, enfocándose en cómo los servicios proporcionados por los IBRs existentes afectan la capacidad de los IBRs mejorados con diferentes capacidades de control, así como un modelo de IBR «futuro» con capacidades avanzadas, para contribuir a la estabilidad de la red. Se presentaron estudios de caso para una red microcósmica y una red insular, así como un estudio de interconexión más amplio, observando marcos temporales más cortos y más largos. Este estudio examinó algunos de los servicios de la red que pueden ser necesarios de los dispositivos IBR, existentes o recién añadidos, especialmente en redes dominadas por IBRs, considerando el desempeño de la red en respuesta a contingencias o perturbaciones como las desconexiones de generadores sincrónicos. Los estudios mostraron que los servicios de la red requeridos de los IBRs por la red pueden variar dependiendo de la contingencia.

Los IBRs se categorizaron en cuatro grupos: IBRs heredados, que no proporcionan ningún servicio; IBRs convencionales, que solo proporcionan una respuesta más lenta durante varios segundos; IBRs mejorados, que proporcionan una respuesta rápida de voltaje/frecuencia; y IBRs futuros, que proporcionan estos servicios, pueden tener capacidades avanzadas para resistir desajustes severos entre carga y generación, y pueden ofrecer una respuesta muy rápida. Por lo tanto, en este marco, los servicios requeridos por una red bajo una contingencia pueden ser proporcionados ya sea por un solo (o unos pocos) nuevos IBRs «futuros» con capacidades avanzadas o mediante una combinación de estos nuevos IBRs con servicios adicionales proporcionados por IBRs convencionales o mejorados ya instalados en la red. En este estudio se utilizaron modelos genéricos para representar IBRs con diferentes capacidades de control y se encontraron tendencias similares entre modelos de secuencia positiva y modelos EMT.

Para leer más ingrese a:

https://www.esig.energy/reliability-services-project-team/

https://www.esig.energy/wp-content/uploads/2024/10/ESIG-Reliability-services-voltage-frequency-phase-I-2024a.pdf