En una red eléctrica , la relación de cortocircuito (o SCR ) es la relación entre: la potencia aparente de cortocircuito (SCMVA) en el caso de una falla línea-línea-línea-tierra (3LG) en la ubicación de la red donde está conectado algún generador, y la potencia nominal del generador mismo (GMW).
Dado que la potencia que puede suministrar la red varía según la ubicación, con frecuencia se indica una ubicación, por ejemplo, en el punto de interconexión (POI):
El SCR se utiliza para cuantificar la resistencia del sistema de la red (su capacidad para lidiar con los cambios en la inyección y el consumo de potencia activa y reactiva ). [1] En un nivel simplificado, un SCR alto indica que el generador en particular representa una pequeña porción de la potencia disponible en el punto de su conexión a la red y, por lo tanto, los problemas del generador no pueden afectar a la red de manera significativa. [2] El SCMVA se define como un producto del voltaje antes de la falla 3LG y la corriente que fluiría después de la falla (esta combinación del peor caso no sucederá en la práctica, pero proporciona una estimación útil de la capacidad del circuito). El SCMVA también se denomina nivel de cortocircuito ( SCL ), [3] aunque a veces el término SCL se usa para designar solo la corriente de cortocircuito. [4]
El término resistencia de la red (también resistencia del sistema ) se utiliza para describir la resiliencia de la red a los pequeños cambios en las proximidades de la ubicación de la red (" rigidez de la red "). [5] Desde el lado de un generador eléctrico, la resistencia del sistema está relacionada con los cambios de voltaje que el generador encuentra en sus terminales a medida que varía la inyección de corriente del generador. Por lo tanto, la cuantificación de la resistencia del sistema se puede realizar mediante la búsqueda de la impedancia eléctrica equivalente ( Thévenin ) del sistema como se observa desde estos terminales (la resistencia es inversamente proporcional a la resistencia [ cita requerida ] ). El SCR y sus variaciones proporcionan una forma conveniente de calcular esta impedancia en condiciones normales o de contingencia (estas estimaciones no están destinadas al estado de cortocircuito real). [1]
Las redes fuertes proporcionan una referencia confiable para que las fuentes de energía se sincronicen. [5] En un sistema muy rígido, el voltaje no cambia con las variaciones de la potencia inyectada por un generador en particular, lo que hace que su control sea más simple. [ cita requerida ] En una red tradicional dominada por generadores síncronos , una red fuerte con SCR mayor que 3.0 tendrá la estabilidad de voltaje deseada y las reservas de potencia activa. [4] Una red débil (con valores de SCR entre 2.0 y 3.0 [6] ) puede exhibir inestabilidad de voltaje y problemas de control. [5] Una red con SCR por debajo de 2.0 es muy débil . [6]
La resistencia de la red también es importante por sus capacidades de sobrecorriente , que son esenciales para el funcionamiento del sistema eléctrico . La falta de capacidad de sobrecorriente (SCR bajo) en una red débil crea una multitud de problemas, entre ellos: [7]
La gran penetración de los recursos basados en inversores (IBR) redujo el nivel de cortocircuito: un generador síncrono típico puede entregar una sobrecorriente significativa , 2-5 [7] pu , durante un tiempo relativamente largo (minutos), mientras que las limitaciones de los componentes de los IBR dan como resultado límites de sobrecorriente de menos de 2 [7] pu (generalmente 1,1-1,2 pu). [4]
La definición original de SCR anterior estaba destinada a un sistema con generación predominantemente sincrónica, [1] por lo que se han propuesto múltiples métricas alternativas, incluida la relación de cortocircuito ponderada (WSCR), la relación de cortocircuito compuesta (CSCR), la relación de cortocircuito del circuito equivalente (ESCR) y la relación de cortocircuito con factores de interacción (SCRIF), para las redes con múltiples IBR adyacentes para evitar una sobreestimación de la intensidad de la red [8] [4] (una IBR depende de la intensidad de la red para sincronizar su funcionamiento y no tiene mucha capacidad de sobrecorriente [5] ).
Henderson et al. sostienen que en el caso de los IBR, el SCR y la intensidad del sistema están de hecho desacoplados y proponen una nueva métrica: la impedancia de intensidad de la red . [4]
La integración de fuentes de energía renovables suele generar inquietudes sobre la solidez del sistema. La capacidad de los diferentes componentes de un sistema eléctrico para funcionar de manera eficaz depende de la solidez del sistema, que mide la sensibilidad de las variables del sistema a las perturbaciones. La relación de cortocircuito (SCR) es un indicador de la solidez de un bus de red en relación con la potencia nominal de un dispositivo y se utiliza con frecuencia como medida de la solidez del sistema. Un valor de SCR más alto indica un sistema más fuerte, lo que significa que se minimizará el impacto de las perturbaciones en el voltaje y otras variables. Un sistema fuerte se define como aquel que tiene un SCR superior a tres, y los SCR de los sistemas débiles y muy débiles oscilan entre tres y dos y por debajo de dos, respectivamente. [9]
Las aplicaciones de electrónica de potencia a menudo encuentran problemas relacionados con el SCR, particularmente en sistemas de energía renovable que utilizan convertidores de potencia para conectarse a redes eléctricas. Al conectar dispositivos HVDC/FACT basados en convertidores de fuente de corriente a sistemas de CA débiles , se deben emplear tecnologías particulares para superar el SCR de menos de tres. Para HVDC , se utilizan convertidores basados en fuente de voltaje o convertidores conmutados por capacitores en aplicaciones con SCR cerca de uno. Si no se utilizan estas tecnologías, se requerirán estudios especiales para determinar el impacto y tomar medidas para prevenir o minimizar los efectos adversos, ya que los niveles bajos de SCR pueden causar problemas como sobretensiones altas, resonancias de baja frecuencia e inestabilidad en los sistemas de control .
Los parques eólicos suelen estar conectados a secciones de red menos robustas alejadas de las principales áreas de consumo de energía. Los problemas con la estabilidad de voltaje que surgen de la incorporación de energía eólica a gran escala en sistemas vulnerables son cuestiones cruciales que requieren atención. Algunas turbinas eólicas tienen criterios específicos de resistencia mínima del sistema. GE indica que los parámetros estándar de su modelo de turbina eólica son apropiados para sistemas con una relación de cortocircuito (SCR) de cinco o más. Sin embargo, si se conecta a sistemas más débiles, es necesario realizar un análisis adicional para garantizar que los parámetros del modelo estén ajustados adecuadamente. Se requieren métodos de control diseñados específicamente para turbinas eólicas o dispositivos de compensación reactiva dinámica, como STATCOM , para garantizar un rendimiento óptimo. [9]
Una experiencia en ERCOT a principios del siglo XXI ofrece un excelente ejemplo de cómo el rendimiento de la turbina eólica se ve afectado por una resistencia débil del sistema. La planta de energía eólica, conectada a la red de ERCOT a través de dos líneas de transmisión de 69 kV, funcionó de manera eficiente cuando el SCR estaba alrededor de 4 durante las operaciones normales. Sin embargo, cuando una de las líneas de 69 kV se desconectó, el SCR cayó a 2 o menos, lo que provocó oscilaciones de voltaje desfavorables, mal amortiguadas o no amortiguadas que fueron documentadas por las PMU en el punto de interconexión (POI) de la planta eólica. Después de una investigación exhaustiva, se determinó que el control de voltaje agresivo utilizado por la WPP no era apropiado para un entorno de red débil y era la causa principal de la respuesta oscilatoria. Debido al bajo nivel de cortocircuito detectado por el controlador de voltaje del generador eólico y la alta ganancia de control de voltaje, se produjo la oscilación. En comparación con la red normal con alto SCR, el control de voltaje de bucle cerrado tendría una respuesta más rápida en condiciones de red débil. Para replicar la respuesta oscilatoria, se simuló el evento utilizando un modelo dinámico detallado que representa la WPP. [6]
El SCR se puede calcular para cada punto de una red eléctrica . Un punto de una red que tenga una cantidad de máquinas con un SCR superior a un número entre 1 y 1,5 tiene menos vulnerabilidad a la inestabilidad de voltaje. Por lo tanto, una red de este tipo se conoce como red fuerte o sistema eléctrico. Un sistema eléctrico (red) que tenga un SCR más bajo tiene más vulnerabilidad a la inestabilidad de voltaje de la red. Por lo tanto, una red o sistema de este tipo se conoce como red débil o sistema eléctrico débil.
La potencia de la red se puede aumentar instalando condensadores síncronos . [10]
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