El nombre d’aerogeneradors instal·lats als sistemes elèctrics de moltes zones del món ha crescut de manera molt important els darrers anys. Això ha suposat substituir generadors convencionals per altres que, pel tipus d’energia primària, tenen una capacitat limitada a l’hora de variar la seua potència activa generada. A més a més, gran part d’ells són de velocitat variable i no sumen la seua inèrcia a la del sistema elèctric. Ambdues circumstancies tenen un clar efecte negatiu sobre les variacions de freqüència que es produeixen després d’una pèrdua de generació o de càrrega.
El operadors de molts sistemes elèctrics han hagut d’elaborar procediments d’operació que obliguen els generadors a variar la potència activa generada en funció de la freqüència del sistema. En la majoria de casos, l’exigència s’ha limitat a l’obliga- ció de reduir la potència en presència de sobrefreqüència.
En canvi, a la literatura s’han proposat unes altres alternatives que aprofiten la flexibilitat i la rapidesa de resposta dels aerogeneradors de velocitat variable per regular la potència generada i aconseguir una major reducció en la magnitud i velocitat de les variacions de freqüència.
En aquesta tesi doctoral s’ha realitzat un complet estudi sobre la contribució dels aerogeneradors de velocitat variable al control de freqüència. En primer lloc, s’ha desenvolupat un model detallat d’aerogenerador amb generador asíncron doblement alimentat que és específic per a estudis freqüència-potència i que ha estat utilitzat com a model agregat de la generació eòlica present al sistema elèctric. A més a més, s’han inclòs al sistema elèctric: i) tres tipus de generació convencional segons la classe de turbina que l’acciona: de vapor, hidràulica y de gas en cicle combinat; ii) un sistema automàtic de desllastrament de càrregues; iii) un sistema automàtic de desconnexió de generadors no gestionables.
Amb el model complet s’han simulat diferents escenaris de generació i magnituds d’incident per obtindre les variacions de freqüència que es produeixen quan els aerogeneradors no contribueixen al seu control. Amb incidents importants, l’actuació del desllastrament automàtic de càrregues garanteix que els desviaments de freqüència no són excessius a la pràctica totalitat d’escenaris. Només es té un mal comportament en hores vall en què, degut a una elevada generació eòlica, s’ha desacoblat generació convencional. Com que la inèrcia és molt reduïda, les variacions de freqüència són tan ràpides que provoquen un desllastrament de càrregues excessiu. El sobredesllastrament dóna lloc a importants oscil·lacions en la freqüència, que arriben a provocar la desconnexió de generació no gestionable i, quan l’incident és d’elevada magnitud, el col·lapse del sistema elèctric. En aquest tipus d’escenari s’ha comprovat que la contribució dels parcs eòlics al control de freqüència aconsegueix un bon funcionament del desllastrament automàtic de càrregues. S’ateny que la freqüència s’estabilitze ràpidament amb un desviament quasi-estacionari reduït.
Per a la resta d’escenaris, incloent les hores vall amb major inèrcia en les que es manté generació convencional acoblada, encara que una part funcionant al seu mínim tècnic, s’ha prestat especial interès en com afecta la contribució dels parcs eòlics al desllastrament automàtic de càrregues.
Amb els incidents més xicotets, els quals es poden compensar amb l’actuació de la generació convencional, s’ha comprovat que la contribució dels parcs eòlics pot reduir la quantitat de càrrega desllastrada.
Amb incidents més grans, on el desllastrament es inevitable, s’ha comprovat que la contribució dels parcs eòlics pot ser negativa. Durant el temps que mantenen el seu increment de potència, el sistema elèctric es comporta com si tingués una major quantitat de generació convencional o com si l’incident que ocasiona la variació de freqüència fóra de menor magnitud. En alguns escenaris això fa que inicialment es desllastre una menor quantitat de càrrega. Si és insuficient per que la freqüència es recupere, aquesta seguirà caient fins que es desllastre la càrrega d’escalons de menor freqüència. Com a resultat es té un major desviament i un desllastrament de càrregues incorrecte que no correspon amb la magnitud de l’incident.
En molts casos, l’augment de potència ordenat pel control de freqüència dels aerogeneradors porta associat una reducció en la seua velocitat de gir, que provoca una disminució en la potència capturada. S’han proposat sistemes de control addicionals que, un cop finalitzada la contribució, redueixen la potència generada en una quantitat suficient per que els aerogeneradors recuperen la velocitat inicial de manera estable.
Per últim, s’ha fet per al sistema peninsular espanyol un estudi sobre l’efecte que té l’energia eòlica als mercats de serveis d’ajust del sistema i s’ha comparat amb el que tenen a altres regions. A partir de l’estudi comparatiu s’ha pogut proposar mesures que ajuden a la integració de la energia eòlica en el mercat elèctric espanyol.