En una red eléctrica , la relación de cortocircuito (o SCR ) es la relación de la potencia aparente de cortocircuito (SCMVA) en el caso de una falla línea-línea-línea-tierra (3LG) en el lugar de la red donde algún generador está conectado a la potencia nominal del propio generador (GMW). Dado que la potencia que puede entregar la red varía según la ubicación, con frecuencia se indica una ubicación, por ejemplo, en el punto de interconexión (POI):
SCR se utiliza para cuantificar la potencia del sistema de la red (su capacidad para hacer frente a cambios en la inyección y el consumo de energía activa y reactiva ). [1] En un nivel simplificado, un SCR alto indica que el generador en particular representa una pequeña porción de la energía disponible en el punto de su conexión a la red y, por lo tanto, los problemas del generador no pueden afectar la red de manera significativa. [2] SCMVA se define como un producto del voltaje antes de la falla 3LG y la corriente que fluiría después de la falla (esta combinación en el peor de los casos no sucederá en la práctica, pero proporciona una estimación útil de la capacidad del circuito). SCMVA también se denomina nivel de cortocircuito ( SCL ), [3] aunque a veces el término SCL se utiliza 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 ante pequeños cambios en las proximidades de la ubicación de la red (“ rigidez de la red ”). [5] Desde el lado de un generador eléctrico, la fuerza 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 encontrando la impedancia eléctrica equivalente ( Thévenin ) del sistema observada desde estos terminales (la resistencia es inversamente proporcional a la resistencia [ cita necesaria ] ). El SCR y sus variaciones proporcionan una manera 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 sincronizar las fuentes de energía. [5] En un sistema muy rígido el voltaje no cambia con las variaciones de la potencia inyectada por un generador particular, haciendo su control más simple. [ cita necesaria ] En una red tradicional dominada por generadores síncronos , una red fuerte con SCR superior a 3,0 tendrá la estabilidad de voltaje y las reservas de energía activa deseadas. [4] Una red débil (con valores SCR entre 2,0 y 3,0 [6] ) puede presentar inestabilidad de tensión y problemas de control. [5] Una red con SCR por debajo de 2,0 es muy débil . [6]
La potencia de la red también es importante por sus capacidades de sobrecorriente que son esenciales para las operaciones del sistema de energía . La falta de capacidad de sobrecorriente (SCR bajo) en una red débil crea una multitud de problemas, que incluyen: [7]
La gran penetración de los recursos basados en inversores (IBR) redujo el nivel de cortocircuito: un generador síncrono típico puede generar una sobrecorriente significativa , 2-5 [7] pu , durante un tiempo relativamente largo (minutos), mientras que las limitaciones de los componentes del 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 síncrona, [1] por lo que múltiples métricas alternativas, incluida la relación de cortocircuito ponderada (WSCR), la relación de cortocircuito compuesto (CSCR), la relación de cortocircuito de circuito equivalente (ESCR) y Se han propuesto relaciones de cortocircuito con factores de interacción (SCRIF) para redes con múltiples IBR adyacentes para evitar una sobreestimación de la potencia de la red [8] [4] (una IBR depende de la potencia de la red para sincronizar su operación y no tiene mucha capacidad de sobrecorriente [5] ).
Henderson y cols. argumentan que en el caso de los IBR, el SCR y la resistencia del sistema están de hecho desacoplados y proponen una nueva métrica, la impedancia de la resistencia de la red . [4]
La integración de fuentes de energía renovables a menudo genera preocupaciones sobre la solidez del sistema. La capacidad de los diferentes componentes de un sistema eléctrico para funcionar eficazmente depende de la fuerza del sistema, que mide la sensibilidad de las variables del sistema a las perturbaciones. La relación de cortocircuito (SCR) es un indicador de la resistencia de un bus de red respecto de la potencia nominal de un dispositivo y se utiliza con frecuencia como medida de la resistencia del sistema. Un valor 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 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 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. No utilizar estas tecnologías requerirá estudios especiales para determinar el impacto y tomar medidas para prevenir o minimizar los efectos adversos, ya que los bajos niveles de SCR pueden causar problemas como altas sobretensiones, 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 del 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 aerogenerador son apropiados para sistemas con una relación de cortocircuito (SCR) de cinco o superior. Sin embargo, si se conecta a sistemas más débiles, es necesario realizar análisis adicionales para garantizar que los parámetros del modelo estén adecuadamente ajustados. 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 proporciona 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 se desconectó una de las líneas de 69 kV, 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 el 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 ganancia de control de alto voltaje, se produjo la oscilación. En comparación con la red normal con SCR alto, el control de voltaje de circuito cerrado tendría una respuesta más rápida en condiciones de red débil. Para replicar la respuesta oscilatoria, el evento se simuló utilizando un modelo dinámico detallado que representa el WPP. [6]
El SCR se puede calcular para cada punto de una red eléctrica . Un punto de una red que tiene varias máquinas con un SCR superior a un número entre 1 y 1,5 tiene menos vulnerabilidad a la inestabilidad de tensión. Por lo tanto, dicha red se conoce como red fuerte o sistema eléctrico. Un sistema de energía (red) que tiene un SCR más bajo tiene más vulnerabilidad a la inestabilidad del voltaje de la red. Por lo tanto, dicha red o sistema se conoce como red débil o sistema eléctrico débil.
La resistencia de la red se puede aumentar instalando condensadores síncronos . [10]
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