Proyecto Fin de Carrera OPTIMIZACI

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Proyecto Fin de CarreraOPTIMIZACIÓN DE UN BANCO
DE CONDENSADORES Y REACTANCIAS EN LA SUBESTACIÓN
DE UN PARQUE EÓLICO

• Autor Raul Vicastillo Golvano
• Director Joaquín Mur Amada
• Ponente Miguel Samplón Chalmeta

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OBJETO Y ALCANCE
Diseño de un sistema de control de la energía
reactiva, que nos permita obtener una retribución
económica, optimizando los bancos de
condensadores y reactancias.
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SISTEMAS DE COMPENSACIÓN DE ENERGÍA REACTIVA

• Debido a los efectos nocivos de los desfases V-I
  en sistemas de corriente alterna, como perdidas o
  infraestructuras
• Dispositivos estáticos de compensación fija
• Asociación de un banco de condensadores de
  compensación
• Compensación de aplicaciones de carga constante
• Dispositivos estáticos de compensación
  escalonada
• Baterías individuales se conectan y desconectan
  automáticamente
• Regulación discreta, factor de potencia no
  permanece constante
• Se fabrican con carácter exclusivo para una
  aplicación concreta

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SISTEMAS DE COMPENSACIÓN DE ENERGÍA REACTIVA

• Dispositivos estáticos de compensación continua
• Baterías individuales combinados con
  convertidores electrónicos
• Suministro de potencia necesaria para mantener
  fijo el FP
• Inconveniente las no linealidades del sistema
• Filtros de armónicos, encarecen todavía más su
  valor
• Dispositivos convertidores de compensación
• Convertidores de potencia proporcionan toda la
  corriente reactiva
• VSIs, convertidores AC-DC o AC-AC

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LOCALIZACIÓN DE LOS COMPENSADORES DE POTENCIA
REACTIVA EN PARQUES EÓLICOS

• La compensación de una instalación eólica puede
  presentarse en
• Subestación
• Aerogeneradores
• Mixta

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OPCIONES DE TARIFICACIÓN EN ESPAÑARemuneración
según R.D.2818/1998

• El factor de potencia se computaba mensualmente
• La máxima bonificación era del 4 sobre la
  potencia facturada, para FPgt0.99
• Se podría ajustar manualmente los últimos días
  del mes, por lo que no requería ningún tipo de
  inversión en el parque

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OPCIONES DE TARIFICACIÓN EN ESPAÑA
Remuneración según R.D.436/2004
Factor de Potencia Retribución () Retribución () Retribución ()
Factor de Potencia Pico Llano Valle
Inductivo FPlt0.95 -4 -4 8
Inductivo 0.95 FPlt0.96 -3 0 6
Inductivo 0.96 FPlt0.97 -2 0 4
Inductivo 0.97 FPlt0.98 -1 0 2
Inductivo 0.98 FPlt1.00 0 2 0
1.00 0 4 0
Capacitivo 0.98 FPlt1.00 0 2 0
Capacitivo 0.97 FPlt0.98 2 0 -1
Capacitivo 0.96 FPlt0.97 4 0 -2
Capacitivo 0.95 FPlt0.96 6 0 -3
Capacitivo FPlt0.95 8 -4 -4

• Máxima bonificación de hasta un 8 de la
  potencia facturada
• El factor de potencia se computaba cada 15
  minutos
• El sistema debe tener en cuentas periodos pico,
  valle o llano

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OPCIONES DE TARIFICACIÓN EN ESPAÑARemuneración
según R.D.436/2004

• La clasificación de horas pico, valle o llano
  en Aragón

INVIERNO INVIERNO INVIERNO VERANO VERANO VERANO
Punta Llano Valle Punta Llano Valle
18-22 8-18 22-24 0-8 9-13 8-9 13-24 0-8

• 17 en periodos pico
• 33 en periodos valle
• 50 en periodos llano

Bonificación máxima 8
Bonificación máxima 4
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OPCIONES DE TARIFICACIÓN EN ESPAÑARemuneración
según R.D.661/2007

• El factor de potencia se computa cada periodo
  horario
• Porcentaje de bonificación se mantiene de la
  tabla del R.D.436/2004, así como la clasificación
  de periodos pico, valle o llano

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DESCRIPCIÓN DE LA REGULACIÓN
Dimensionar el sistema de compensación, pasos y
tamaño de condensadores y bobinas
Estimar la capacidad de los bancos de
condensadores y bobinas para un parque
Simular la regulación en un periodo largo
Obtener como figuras de merito, la remuneración
anual, las conmutaciones anuales, VAN, TIR y el
tiempo de retorno de la inversión
No
Si
OK
Dimensionamiento óptimo
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DESCRIPCIÓN DE LA REGULACIÓN Consigna de la
regulación horaria

• Buscaremos tener el factor de potencia óptimo
  para cada tipo de periodo

FPoptimocos ?optimo ?optimoArc
cos(FPoptimo) Qoptimo P tan ?optimo
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DESCRIPCIÓN DE LA REGULACIÓN Características
especiales del sistema de bonificación

• La bonificación del control se percibe al final
  de la hora
• Los actuadores son discretos
• Las bobinas y los condensadores tienen un tiempo
  medio de funcionamiento antes de fallar
• La potencia reactiva es proporcional al número de
  elementos conectados y al tiempo que están
  conectados
• El factor de potencia horario depende de la
  energía activa generada en la hora
• La consigna , el factor de potencia varía de una
  hora a otra

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OBTENCIÓN DE LA BONIFICACIÓN HORARIA

• Calculamos el factor de potencia horario
• Obtenemos, a partir de la tabla, el porcentaje
  de bonificación obtenido
• Aplicamos el porcentaje al valor de la energía
  durante dicha hora

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DISEÑO DE LA REGULACIÓN

• Predecir las energías horarias
• Comprobamos si el factor de potencias se
  encuentra dentro de la banda admisible
• En caso negativo, comprobamos si conmutando un
  elemento durante el resto de la hora entro en la
  banda admisible
• Actuamos de forma consecuente

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DISEÑO DE LA REGULACIÓN

• Compararemos una predicción de la potencia
  reactiva durante cada hora, con la que sería la
  potencia reactiva optima durante dicha hora.
• Así calcularemos la predicción
• t1 y t2 corresponden a la fracción transcurrida
  y restante

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DISEÑO DE LA REGULACIÓN

• Dividiremos la regulación en 3, correspondiente a
  los diferentes valores de Qoptimo, según estemos
  en periodo pico, valle o llano

• Calcularemos el error entre Qoptimo y la
  predicción
• No somos penalizados siempre y cuando estemos por
  encima del Qoptimo en los periodos valle, o por
  debajo en los periodos pico.
• En los periodos llano nos interesa estar lo mas
  cercano a una potencia reactiva horaria igual a
  0.

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DISEÑO DE LA REGULACIÓN

• PERIODOS VALLE
• Si estamos por debajo del nivel mínimo C?
  ó L?
• Si superamos en más de un escalón el nivel
  L? ó C?

• PERIODOS PICO
• Si estamos por encima del nivel máximo L?
  ó C?
• Si superamos en mas de un escalón el nivel
  C? ó L?

• PERIODOS LLANO
• Si estamos por debajo del cero C? ó L?
• Si superamos en más de un escalón el cero
  L? ó C?

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DISEÑO DE LA REGULACIÓN

• Nos encontramos con un problema cuando trabajamos
  a baja potencia.
• Lo solucionaremos haciendo que la banda de
  histéresis sea inversamente proporcional a la
  potencia activa.

• Resultados genéricos con condensadores e
  inductancias
• CONDENSADORES BOBINAS

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OPTIMIZACIÓN DE LOS BANCOS

• Realizar una tabla de con el numero y los tamaños
  de los bancos y deducir cuales son los casos mas
  razonables a priori.
• De estos casos mas razonables, calcularemos una
  serie de parámetros que nos indicaran cual es el
  caso mas adecuado.
• Bonificación adicional
• Conmutaciones anuales
• VAN
• TIR
• Tiempo de retorno de la inversión
• Seleccionaremos el dimensionamiento óptimo

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MEJORAS EN LA PROGRAMACIÓN

• Regulación vectorial Regulación secuencial
• Interpolación del registro de datos
• Posibilidad de predicción por persistencia o por
  tendencia
• Visualización en tablas de los cálculos
  economicos

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ESTUDIO DEL PARQUE 1

• Parque de 50 MW
• Comenzamos fijando un valor lo de los bancos de
  condensadores
• Deducimos el dimensionamiento óptimo de los
  bancos de inductancias
• El dimensionamiento seleccionado será 1 escalón
  de 0.2

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ESTUDIO DEL PARQUE 1

• Determinamos el dimensionamiento de los
  condensadores

VAN
TIR
Conmutaciones

• El dimensionamiento óptimo para los bancos de
  condensadores será de 2 escalones de 0.3

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ESTUDIO DEL PARQUE 1

• Coste inicial de la instalación 125000
• Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la
  regulación para el método de la persistencia y la
  tendencia

• Los dos modelos son completamente validos
• En este parque aplicaremos el método de
  predicción por tendencia

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ESTUDIO DEL PARQUE 2

• Parque de 25 MW
• El dimensionamiento óptimo de los bancos de
  inductancias será de 1 escalón de 0.3

VAN
TIR
Conmutaciones

• El dimensionamiento óptimo para los bancos de
  condensadores será de 2 escalones de 0.3

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ESTUDIO DEL PARQUE 2

• Coste inicial de la instalación 133125
• Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la
  regulación para el método de la persistencia y la
  tendencia

• Los dos modelos son completamente validos
• En este parque aplicaremos el método de
  predicción por persistencia

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ESTUDIO DEL PARQUE 3

• Parque de 50 MW
• El dimensionamiento óptimo de los bancos de
  inductancias será de 1 escalón de 0.2

VAN
TIR
Conmutaciones

• El dimensionamiento óptimo para los bancos de
  condensadores será de 2 escalones de 0.3

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ESTUDIO DEL PARQUE 3

• Coste inicial de la instalación 125000
• Con el dimensionamiento óptimo, aplicaremos la
  regulación para el método de la persistencia y la
  tendencia

• Los dos modelos son completamente validos
• En este parque aplicaremos el método de
  predicción por tendencia

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Proyecto Fin de CarreraOPTIMIZACIÓN DE UN BANCO
DE CONDENSADORES Y REACTANCIAS EN LA SUBESTACIÓN
DE UN PARQUE EÓLICO

• Autor Raul Vicastillo Golvano
• Director Joaquín Mur Amada
• Ponente Miguel Samplón Chalmeta