oscilación de la red

Las oscilaciones de la red son oscilaciones en una red eléctrica que se manifiestan como cambios periódicos de baja frecuencia (generalmente por debajo de 1 Hz ) en el flujo de potencia . Estas oscilaciones son un efecto natural de la retroalimentación negativa utilizada en los algoritmos de control del sistema eléctrico . Durante el funcionamiento normal de la red eléctrica, estas oscilaciones, desencadenadas por algún cambio en el sistema , se atenúan con el tiempo (se amortiguan en unas pocas decenas de segundos) y, en general, no son perceptibles. Si la amortiguación en el sistema no es suficiente, la amplitud de las oscilaciones puede aumentar, llegando incluso a provocar un apagón . ^{[ 1 ]}

Por ejemplo, poco antes de los apagones de 1996 en el oeste de Norteamérica, la red, tras cada perturbación, oscilaba con una frecuencia de 0,26 Hz durante unos 30 segundos. En algún momento, una secuencia de fallos y el funcionamiento de relés de protección automática provocó la pérdida de amortiguación, dividiendo finalmente el sistema en «islas» desconectadas , con numerosos clientes sin suministro eléctrico. ^{[ 2 ]} Otros eventos notables relacionados con oscilaciones fueron el apagón del noreste de 2003 y las oscilaciones subsíncronas de 2009 en Texas . ^{[ 3 ]}

Aunque existen herramientas teóricas y de cálculo para analizar las oscilaciones, a principios de la década de 2020 resultaba difícil determinar la fuente de inestabilidad en una red eléctrica real. Las oscilaciones son un fenómeno normal, pero se sabe que una diferencia de flujo tan pequeña como 10 MW puede, en ocasiones, desviar el sistema del modo estable con oscilaciones decrecientes a una situación en la que sus amplitudes aumentan con el tiempo. El operador del sistema a menudo no recibe ninguna advertencia de que la red se encuentra cerca de su límite de amortiguación. ^{[ 4 ]}

La causa principal de las oscilaciones es una amortiguación demasiado baja. Las siguientes condiciones suelen provocar una amortiguación débil: ^{[ 5 ]}

• transmisión de alta potencia a largas distancias;
• redes de alta potencia interconectadas por líneas de enlace débiles ;
• control automático de voltaje con retroalimentación rápida .

La alta penetración de recursos basados ​​en inversores exacerbó los problemas de estabilidad de la red , incluidas las oscilaciones (además de la sobretensión subcíclica y la sobrecorriente de CA ). En algunos casos, también se observaron oscilaciones de alta frecuencia (cientos de Hz). Las oscilaciones también pueden producirse debido al diseño de los bucles de control de los enlaces de corriente continua de alta tensión (HVDC) y los compensadores estáticos de potencia reactiva (SVC). ^{[ 6 ]}

La North American Electric Reliability Corporation sugirió la siguiente clasificación para las oscilaciones de la red: ^{[ 7 ]}

• Sistema ( Natural ): cambios de baja frecuencia en el ángulo del rotor provocados por un desequilibrio de potencia :
  • Local : oscilaciones de un generador o un grupo de ellos ( intraplanta ) dentro de una central eléctrica, causadas por una carga pesada que interactúa con el control del generador, interacciones del control de la unidad y ajustes de control deficientes (1 Hz a varios Hz ^{[ 8 ]} ).
  • Inter-área : oscilaciones entre pocas partes coherentes del sistema debido a líneas de enlace inter-área débiles (0,1–1,00 Hz ^{[ 8 ]} )
  • Torsional : oscilaciones de frecuencia relativamente alta (pero aún por debajo de la frecuencia de línea , "subsíncronas") debidas a una resonancia entre las líneas de transmisión con un alto nivel de compensación de voltaje y las resonancias mecánicas de los generadores de turbina (también conocida como resonancia subsíncrona , 5,00–50,00 Hz). Estas oscilaciones pueden causar daños mecánicos a los generadores síncronos. ^{[ 9 ]} Algunos autores denominan "subsíncronas" a todas las oscilaciones por debajo de la frecuencia de línea. ^{[ 10 ]}
• Forzadas : oscilaciones debidas a fuerzas externas, como por ejemplo, a un equipo defectuoso.

Una oscilación de red también puede ser "multimodo", resultado de la interacción de modos de oscilación subamortiguados. ^{[ 8 ]}

Las oscilaciones son inherentes a un sistema de energía eléctrica síncrono. En términos simplificados, un generador síncrono se comporta como un péndulo , donde el par de sincronización actúa como la gravedad, atrayendo la máquina hacia la sincronicidad, y la inercia del rotor provoca que el generador sobrepase el ángulo de rotación ideal ^{[ 11 ]} (véase oscilación de Hunting ). Por lo tanto, las oscilaciones se observaron inmediatamente al conectar varios generadores en paralelo para aumentar la potencia y la fiabilidad. En aquel entonces, los generadores involucrados estaban ubicados cerca unos de otros, las frecuencias de oscilación eran del orden de 1-2 Hz, y se añadió un devanado amortiguador al diseño del generador para absorber la energía de las oscilaciones. ^{[ 2 ]} Las primeras investigaciones comenzaron a finales de la década de 1930. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

A medida que los sistemas de potencia crecían en tamaño, se introdujo el control automático rápido de voltaje . La rápida retroalimentación de estos sistemas tuvo como efecto secundario una menor amortiguación, por lo que se añadieron estabilizadores de sistemas de potencia (PSS) para amortiguar las oscilaciones. En las décadas de 1950 y 1960, la industria de la energía eléctrica consolidó las redes en otras cada vez más grandes para lograr mayor confiabilidad y ahorros de escala. Sin embargo, las oscilaciones de baja frecuencia se convirtieron en un problema importante, y algunos intentos de interconexión fueron abandonados hasta que llegaron los medios asíncronos de conexión de sistemas en forma de enlaces HVDC . ^{[ 2 ]} El primer informe de una oscilación de red de baja frecuencia data de octubre de 1964, cuando, durante un intento de prueba para conectar el Northwest Power Pool y el Southwest Power Pool , se observaron oscilaciones en la línea de enlace de 0,1 Hz. ^{[ 5 ]}

La amplia penetración de los recursos basados ​​en inversores en el siglo XXI también hizo posibles las oscilaciones de alta frecuencia (cientos de Hz). Las centrales eólicas marinas, en particular, presentaban oscilaciones de hasta 800 Hz causadas por una resonancia entre la planta y el cable de alimentación. ^{[ 6 ]}

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