El Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente otorgó el pasado 21 de marzo, el Premio Nacional a la Innovación Tecnológica 2016, al Centro de Estudios Electroenergéticos (CEE) de nuestra Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, con la investigación Algoritmos para el análisis en tiempo real del Sistema Electroenergético Nacional con penetración de fuentes renovables de Energía.
La operación del Sistema Electroenergético Nacional es una de las tareas más complejas que se acometen por especialistas de la Unión Eléctrica. Recientemente, debido al deterioro o mantenimiento de grandes unidades termoeléctricas se han presentado regímenes de operación cercanos al colapso total o parcial del SEN. Uno de estos ejemplos es el colapso parcial producido el 8 de septiembre de 2012, donde más de la mitad del país quedó sin servicio eléctrico de forma repentina.
Eventos de este tipo suelen presentarse de forma brusca y aunque las condiciones de operación se van deteriorando durante el día, la velocidad de ocurrencia de estos colapsos hace que sea prácticamente imposible prevenir los mismos con las herramientas convencionales de análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia.
Por otro lado, la política energética del país, la necesidad de autoabastecerse energéticamente y el desarrollo de las fuentes renovables de energía han incentivado la inversión en estas fuentes e incluirlas en la matriz de generación de Cuba. La introducción de este tipo de fuentes presenta los conocidos beneficios económicos y medio ambientales pero introduce nuevos retos en la operación del SEP de potencia debido a la aleatoriedad de este tipo de fuentes.
A solicitud del Despacho Nacional de Cargas (DNC) se desarrollaron los modelos para el análisis de este tipo de fuentes en estado estable y transitorio y se incluyeron además los algoritmos para el análisis del SEN en tiempo real, permitiendo una actualización instantánea de las condiciones de la red y evaluando de forma rápida la cercanía del punto de operación con el punto de inestabilidad del SEP. Los algoritmos desarrollados son utilizados a diario en aras de prevenir la ocurrencia de un colapso total o parcial y dotan a los operadores del DNC de información que permite identificar las zonas vulnerables, elementos críticos, el lugar donde necesitar reserva de potencia reactiva.
Los cálculos asociados a los estudios y monitoreo en tiempo real de los Sistemas Eléctricos de Energía utilizan la modelación matemática de sus elementos componentes y de los sistemas de regulación que controlan estos elementos. Para la toma de decisiones en tiempo real, mediante el uso de la computación digital, se han desarrollado cuatro algoritmos:
- Flujo de potencia.
- Análisis de contingencias
- Análisis de la estabilidad de voltaje.
- Despacho de potencia reactiva.
Cada uno de estos algoritmos obtiene una actualización del estado de operación de la red nacional de un sistema Scada, realiza sus cálculos y muestra en una pantalla los elementos críticos y las principales acciones para alejar las condiciones de operación del punto de inestabilidad del sistema. Dichos algoritmos han sido validados de forma satisfactoria en Cuba, aplicándose de forma exitosa por los especialistas de operación del Despacho Nacional de Carga (DNC). En el diseño y desarrollo de dichos algoritmos han participado conjuntamente con dichos especialistas, investigadores del C IPEL y profesores del CEE de la Universidad Central.
Los resultados económicos y sociales de este trabajo se concretan en la posibilidad de tomar decisiones en tiempo real que eviten la desagradable y costosa desconexión de partes apreciables del SEN, con los consecuentes apagones de regiones completas del país (blackouts), en situaciones críticas de disponibilidad de fuentes generadoras o de enlaces de transmisión.
Los principales aportes por nuestro centro han sido:
a)Procedimiento para determinar el punto crítico por estabilidad de tensión, mediante flujos de carga sucesivos con matriz jacobiana constante; b) Modelación de la potencia eléctrica entregada por el sistema acorde a la realidad; c) Adecuación del método de Newton-Raphson formal para evitar su singularidad en el punto de colapso de tensión y d) Diferenciación del punto de máxima carga y del punto de bifurcación estática mediante el cálculo de sensibilidades, incluyéndolo como criterio de parada en el algoritmo de flujo sucesivo.
La entrega del reconocimiento se efectuará en acto solemne el día 8 de abril a las 10:00 horas, en el Paraninfo de la Academia de Ciencias de Cuba, para lo cual estamos invitando a participar al autor principal y al Director de la entidad Centro de Estudios Electroenergéticos (CEE).
