Aplicación del espectro de potencia para estimar requerimientos de los servicios de reserva de potencia activa

Abstract

RESUMEN: En un sistema eléctrico de potencia reestructurado los servicios de reserva de potencia activa tienen como objetivo principal mantener el balance entre la carga y la generación del sistema eléctrico, manteniendo la frecuencia dentro de su valor nominal de 60 Hz, o con variaciones máximas de ±0.2 Hz. Los servicios de reserva de potencia activa son suministrados por centrales eléctricas o por recursos de demanda controlable, los cuales reciben la instrucción directa por parte del operador independiente del sistema, para modificar su generación o consumo de potencia activa. En este trabajo se consideran cinco servicios de reserva de potencia activa: servicio de reserva de regulación secundaria; servicio de reserva rodante de diez minutos; servicio de reserva no rodante de diez minutos; servicio de reserva rodante y no rodante suplementaria de treinta minutos. Se utiliza una clasificación en el dominio de la frecuencia de los servicios mencionados, convirtiendo su tiempo de respuesta en anchos de banda expresados en Hz. Se describe una primera etapa de pre procesamiento de datos correspondientes al pronóstico de demanda de una semana del Sistema Interconectado Nacional. De esta primera etapa se obtienen dos modelos probabilísticos de variación del error (Logistic y Pearson 5) así como un patrón horario del pronóstico con varianza maximizada. Se describe una metodología para utilizar los datos pre procesados del pronóstico y estimar los requerimientos mínimos de los servicios de reserva de potencia activa en estado operativo normal del SEP, esto se realiza para veinticuatro periodos, aplicando el espectro de potencia. Dichos requerimientos mínimos sirven como referencia para el operador independiente ya que este deberá adquirirlos en el mercado de día en adelanto. Con esta metodología el requerimiento promedio horario del servicio de regulación secundaria es de 127.82 MW (modelo Pearson 5) y de 147.34 MW (modelo Logistic). El requerimiento horario promedio de los servicios de reserva rodante y no rodante de 10 minutos es de 169.82 MW (modelo Pearson 5) y de 196.50 MW (modelo Logistic). El requerimiento horario promedio de los servicios de reserva rodante y no rodante suplementaria de 30 minutos fue de 28.10 MW (modelo Pearson 5) y de 30.83 MW (modelo Logistic). Finalmente se realiza la simulación el control automático de generación con cuatro centrales eléctricas participantes del servicio de regulación secundaria en dos áreas de control. Se evalúa el índice de rendimiento de control 1 y 2, establecidos por la Corporación Norteamericana de Confiabilidad Eléctrica (NERC), encontrando que los índices se satisfacen cuando la carga eléctrica tiene una variación superior a 30 segundos. ABSTRACT: In a restructured power electrical system, the active power reserve services have as main objective to maintain the balance between the load and generation of the electrical system. Maintaining the frequency within its nominal value of 60 Hz, or with maximum variations of ± 0.2. Hz. Active power reserve services are supplied by power plants or by controllable demand resources, which receive direct instruction from the Independent System Operator, to modify their generation or consumption of active power. In this work, five active power reserve services are considered: secondary regulation reserve; ten minute spinning reserve; ten minute non spinning reserve; thirty minute supplementary spinning and non spinning reserve. A classification is used in the frequency domain of the aforementioned services, converting their response time into bandwidths expressed in Hz. A first stage of pre-processing of data corresponding to the one-week demand forecast of the National Interconnected System is described. From this first stage, two probabilistic models of error variation are obtained (Logistic and Pearson 5) as well as a forecast time pattern with maximized variance. A methodology is described to use the pre-processed forecast data and estimate the minimum requirements of the active power reserve services in the normal operating state of the electrialpower system, this is done for twenty-four periods, applying the power spectrum. These minimum requirements serve as a reference for the independent operator since it must acquire them in the day-ahead market. With this methodology, the average hourly requirement of the secondary regulation service is 127.82 MW (Pearson 5 model) and 147.34 MW (Logistic model). The average hourly requirement of the 10-minute rolling and non-rolling reserve services is 169.82 MW (Pearson 5 model) and 196.50 MW (Logistic model). The average hourly requirement of the 30-minute supplementary rolling and non-rolling reserve services was 28.10 MW (Pearson 5 model) an 30.83 MW (Logistic model). Finally, the automatic generation control is carried out with four power plants participating in the secondary regulation service in two control areas. The performance index of control 1 and 2, established by the North American Electric Reliability Corporation (NERC), is evaluated, finding that the indices are satisfied when the electric charge has a variation greater than 30 seconds.