¿Cuáles son las formas de regulación de la frecuencia eléctrica?

La regulación de frecuencia (Frequency Regulation) es una tarea esencial en los sistemas de energía eléctrica, destinada a mantener la estabilidad de la frecuencia de la red. La frecuencia de un sistema de energía eléctrica generalmente necesita mantenerse dentro de un rango específico, como 50 Hz o 60 Hz, para garantizar el funcionamiento adecuado de todo el equipo eléctrico. A continuación, se presentan varios métodos comunes de regulación de frecuencia:

1. Control de Frecuencia Primario

Principio: El control de frecuencia primario se logra ajustando automáticamente la potencia de salida de las unidades generadoras a través de sus reguladores para responder a desviaciones de frecuencia a corto plazo.

Aplicación: Adecuado para responder rápidamente a cambios de carga a corto plazo.

Operación: Los reguladores ajustan automáticamente el flujo de vapor o agua a las turbinas según las desviaciones de frecuencia, cambiando así la potencia de salida del generador.

2. Control de Frecuencia Secundario

Principio: El control de frecuencia secundario ajusta aún más la potencia de salida de las unidades generadoras, basándose en el control de frecuencia primario, utilizando sistemas de Control Automático de Generación (AGC) para restaurar la frecuencia a su punto de ajuste.

Aplicación: Adecuado para el control de frecuencia a mediano plazo.

Operación: Los sistemas AGC ajustan automáticamente la potencia de salida de las unidades generadoras según las desviaciones de frecuencia y el Error de Control de Área (ACE).

3. Control de Frecuencia Terciario

Principio: El control de frecuencia terciario optimiza la potencia de salida de las unidades generadoras para despacho económico, basándose en el control de frecuencia secundario, con el fin de minimizar los costos de generación.

Aplicación: Adecuado para el control de frecuencia a largo plazo y el despacho económico.

Operación: Los algoritmos de optimización determinan la potencia de salida óptima para cada unidad generadora para lograr la estabilidad de la frecuencia y la minimización de costos.

4. Regulación de Frecuencia Utilizando Sistemas de Almacenamiento de Energía (ESS)

Principio: Los sistemas de almacenamiento de energía pueden cargar o descargar rápidamente para proporcionar o absorber potencia, ayudando a mantener la estabilidad de la frecuencia.

Aplicación: Adecuado para respuesta rápida y regulación de frecuencia a corto plazo.

Operación: Los sistemas de almacenamiento de energía utilizan convertidores electrónicos de potencia (como inversores) para responder rápidamente a los cambios de frecuencia y proporcionar el apoyo de potencia necesario.

5. Gestión de la Demanda (DSM)

Principio: La DSM implica incentivar a los usuarios para que ajusten su consumo de electricidad para ayudar a mantener la estabilidad de la frecuencia de la red.

Aplicación: Adecuada para el control de frecuencia a mediano plazo.

Operación: Las señales de precio, mecanismos de incentivos o tecnologías de red inteligente guían a los usuarios para reducir el consumo durante las horas pico e incrementarlo durante las horas valle.

6. Regulación de Frecuencia Utilizando Fuentes de Energía Renovable (RES)

Principio: Utilizar las capacidades de respuesta rápida de las fuentes de energía renovable (como viento y solar) para proporcionar servicios de regulación de frecuencia a través de convertidores electrónicos de potencia (como inversores).

Aplicación: Adecuado para respuesta rápida y regulación de frecuencia a corto plazo.

Operación: Los inversores ajustan rápidamente la potencia de salida de las fuentes de energía renovable para responder a los cambios de frecuencia.

7. Generador Sincrónico Virtual (VSG)

Principio: Simular las características dinámicas de los generadores sincrónicos para permitir que las fuentes de energía distribuida (como inversores) proporcionen capacidades de regulación de frecuencia.

Aplicación: Adecuado para la regulación de frecuencia en fuentes de energía distribuida y microredes.

Operación: Los algoritmos de control hacen que los inversores imiten el comportamiento de los generadores sincrónicos, proporcionando inercia y soporte de regulación de frecuencia.

8. Arranque en Frío

Principio: Restaurar la operación de la red después de un apagón total utilizando unidades generadoras predeterminadas para garantizar la estabilidad de la frecuencia.

Aplicación: Adecuado para la recuperación de la red y situaciones de emergencia.

Operación: Se designan ciertas unidades generadoras como fuentes de arranque en frío, que se inician primero durante la recuperación de la red, restaurando gradualmente otras unidades generadoras y cargas.

Resumen

La regulación de frecuencia es un medio crítico para garantizar la estabilidad de la frecuencia de la red y puede lograrse mediante diversos métodos. El control de frecuencia primario y secundario son métodos básicos adecuados para diferentes escalas de tiempo de control de frecuencia. Los sistemas de almacenamiento de energía, la gestión de la demanda y la regulación de frecuencia mediante energías renovables proporcionan medios flexibles para respuesta rápida y regulación de frecuencia a corto plazo. Los generadores sincrónicos virtuales y el arranque en frío desempeñan roles importantes en escenarios específicos.