Metodologías para la gestión dinámica de capacidad en líneas de distribuciónoperación en condiciones de información completa e incompleta

Resumen

INTRODUCCIÓN Esta tesis ha sido desarrollada principalmente con recursos competitivos, ligados al proyecto «SPADI: Sistema predictivo de ampacidad dinámica», financiado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) y por el Gobierno de España bajo las convocatorias ENE-2013-42720-R y RETOS COLABORACIÓN RTC-2015-3795-3. Además, supone una continuación de los esfuerzos iniciados con el proyecto «DYNELEC: Calibrado Dinámico de Líneas Eléctricas» perteneciente a la convocatoria INNPACTO IPT-2011-1447-920000. El calentamiento global y la dependencia energética en términos de hidrocarburos ha hecho que Europa y gran parte del mundo se planteen procesos de descarbonización. Entre las herramientas para impulsar esta descarbonización se encuentra el desarrollo y empleo de energías renovables, ocupando la energía eólica un papel principal dentro del Mix energético español. Uno de los problemas que surgen en algunas zonas en relación con esta tecnología es la concentración de la generación y la potencial saturación de las líneas eléctricas que deben evacuar la energía. Si bien existen soluciones a esta saturación, éstas resultan caras y, en ocasiones, generan contestación social. La construcción de nuevas líneas es, obviamente, muy costosa, y se enfrenta a problemas de coste, tiempo de diseño, tramitación y construcción, problemas medioambientales, y potencial rechazo social cuando las líneas atraviesan zonas pobladas. La repotenciación de las líneas obviamente reduce estos problemas, pero sus costes siguen siendo elevados y pueden implicar trabajar en zonas aisladas y de difícil acceso. Es aquí donde entra en juego la gestión dinámica de líneas eléctricas, un sistema para aumentar la capacidad de las líneas bajo determinadas condiciones meteorológicas que resulta especialmente ventajoso en casos de viento elevado y, por tanto, ideal para la evacuación de energía eólica. Por si no fuera suficiente, esta práctica ofrece también margen de maniobra en circunstancias de fallo o parada de una línea, pudiéndose aprovechar la capacidad extra del resto para redirigir la energía y evitar restricciones de suministro a los clientes. ESTIMACIÓN DE LA AMPACIDAD La gestión dinámica de líneas se basa en el control de la temperatura del conductor, siendo el objetivo calcular la corriente máxima admisible para que dicha temperatura no supere los máximos establecidos por el fabricante. Dicha corriente recibe el nombre de ampacidad. Para la estimación de esta ampacidad existen dos normas de referencia básicas: la guía «IEEE Std 738-2012: IEEE Standard for Calculating the Current-Temperature Relationship of Bare Overhead Conductors Overhead Conductors» y la guía «CIGRE TB601: Guide for Thermal Rating Calculations of Overhead Lines». Esta tesis explica los detalles del cálculo de la ampacidad dinámica según cada una de estas guías y muestra una comparativa de las mismas. Por supuesto, todos estos cálculos deben ajustarse posteriormente para considerar otras restricciones, como son la capacidad máxima de los transformadores, otra aparamenta y/o el cumplimiento de las servidumbres. OBTENCIÓN DE VARIABLES METEOROLÓGICOS Un aspecto fundamental para poder llevar a cabo una gestión precisa y segura es la obtención de observaciones meteorológicas fiables. Con el fin de conocer la manera correcta de realizar esas observaciones, la tesis realiza un repaso a las recomendaciones al respecto sugeridas por la Organización Meteorológica Mundial (OMM en español, WMO por sus siglas en inglés). Estas recomendaciones vienen dadas en su documento «Guía de instrumentos y medios de observación meteorológicos», cuya versión más reciente es de 2017 y está disponible en español. Sin embargo, no todas las recomendaciones de la OMM son necesariamente válidas cuando el fin último es la gestión dinámica de activos. De hecho, en ocasiones son incluso totalmente contrarias. Por ello es necesario disponer también de recomendaciones específicas para la aplicación en cuestión. De cara a este problema, CIGRE ofrece sus propias recomendaciones específicas en la guía «CIGRE TB 299: Guide for selection of weather parameters for bare overhead conductor ratings». Es la combinación de ambas guías lo que lleva a una selección adecuada de métodos de observación. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD Y OPERACIÓN EN INCERTIDUMBRE Siempre es importante conocer en qué medida afectan las variables al resultado final del cálculo deseado. Por ello, se realiza un análisis de sensibilidad de la ecuación del equilibrio térmico para las principales variables, es decir, temperatura ambiente, radiación solar, viento, emisividad y absortividad del conductor. Un problema potencial que puede surgir durante la explotación dinámica es la pérdida de datos meteorológicos. Estas pérdidas de información deberían, en una primera instancia, obligar a volver a la ampacidad estática de diseño del cable con la más que probable pérdida de capacidad. Esta tesis explora diferentes opciones para poder seguir aplicando la gestión dinámica pese a carecer de información meteorológica bajo determinadas circunstancias. PILOTOS EXPERIMENTALES Esta tesis incluye también el diseño de varios pilotos a distintas escalas para el estudio y la integración efectiva de la gestión dinámica en redes de distribución, los cuales se listan a continuación: • Banco para estudio y pruebas en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación de la Universidad de Cantabria, que incluye un tramo aéreo en la cubierta del edificio y uno subterráneo en un laboratorio. • Piloto de pruebas a media escala en una subestación eléctrica. El piloto incluye 60 metros de tramo subterráneo y 60 de tramo aéreo en trifásica, incluyendo distintas profundidades y tipos de canalizaciones para el subterráneo, y distintos conductores en el caso aéreo. • Gestión dinámica de conductores subterráneos en una línea de distribución real. Se trata de la puesta en práctica de lo aprendido en el piloto de la subestación en un tramo de 570 metros que lleva la alimentación a la Escuela de Ingenieros desde una subestación muy cercana. • Integración de la gestión dinámica de líneas en la red de 132 kV de una distribuidora eléctrica. Esto incluye la puesta en marcha y aprovechamiento de la tecnología a gran escala en un entorno completamente real. ALGUNAS REFERENCIAS DE INTERES IEEE STD 738. Standard for calculating the current-temperature of bare overhead conductors (Revision of IEEE STD 738-1993), 2012. CIGRE TB 601. Guide for Thermal Rating Calculations of Overhead Lines, CIGRE, 2012. OMM, Guía de instrumentos y medios de observación meteorológicos, Organización Meteorológica Mundial, 2017. CIGRE TB 299. Guide for selection of weather parameters for bare overhead conductor ratings, CIGRE, 2006. V. 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