SISTEMA DE ESTABILIZACION DE REDES.

Un dispositivo sensible a carga adaptado para conectarse a una carga eléctrica que consume energía eléctrica intermitente o variable para mantener una variable de la carga entre límites superior e inferior de la variable,

derivándose y definiéndose los límites superior e inferior de la variable alrededor de un valor de referencia de la variable, incluyendo el aparato:

medios para recibir una entrada indicativa de la frecuencia de la potencia de la red de suministro suministrada a la carga por una red; y

medios sensibles a ella para determinar un nivel de esfuerzo bajo el que la red está operando y para controlar el consumo de potencia por dicha carga según el nivel de esfuerzo determinado

caracterizado porque tales medios también son sensibles para evitar el aumento o la disminución del valor de referencia con el fin de hacer que el consumo de potencia se incremente cuando un nivel de esfuerzo de la red en escasez de generación exceda de un primer valor umbral máximo y/o se disminuya cuando un nivel de esfuerzo de la red en escasez de demanda esté por debajo de un primer valor umbral mínimo

Sistema de estabilización de redes.

La presente invención se refiere a un dispositivo para controlar un aparato que consume potencia de la red de suministro eléctrico de manera que sea sensible a los cambios en la demanda en la red de suministro.

Para realizar su función de forma segura y distribuir fiablemente electricidad desde los generadores a los consumidores, las redes eléctricas de corriente alterna tienen que tener sistemas de control que mantengan el suministro (generación) y la demanda (carga) en equilibrio muy preciso. La frecuencia del sistema es la señal por la que se logra este control. La frecuencia del sistema, generalmente 50 Hz, 60 Hz o 400 Hz, sincroniza toda la generación y carga síncrona en el sistema, y varia según el desequilibrio. Si la carga es demasiado alta, la frecuencia del sistema baja y viceversa. Dado que la carga está variando constantemente, la frecuencia del sistema también fluctúa, aunque la inercia mecánica en el sistema limita la tasa a la que la frecuencia puede cambiar.

La frecuencia del sistema en conjunto está influenciada por la combinación general de generación y carga en el sistema. Gran parte de la carga es "resistiva", por ejemplo, las luces eléctricas, variando la carga según el voltaje en el punto de la carga. Estos tipos de carga no responden directamente a los cambios en la frecuencia del sistema, a no ser que los cambios también impliquen cambios de voltaje.

El sistema también tendrá carga que sea "síncrona", por ejemplo, motores eléctricos cuya velocidad está bloqueada a la frecuencia del sistema en conjunto. Cuando la frecuencia del sistema cae, gran parte de esta carga reduce realmente la energía que consume, porque va más lento. Así, el sistema, cuando está fuertemente cargado, tiene una capacidad innata de responder a la demanda y, así, a los cambios de frecuencia, de forma útil.

Sin embargo, los generadores de potencia también tienen una tendencia innata a reducir su salida cuando la frecuencia del sistema cae. Por lo tanto, esto puede dar lugar a un círculo vicioso y, a no ser que se corrija, da lugar a operación inestable.

Los métodos de supervisar esta tendencia son conocidos, pero las condiciones asociadas con esta supervisión pueden ser onerosas. El método convencional de control de frecuencia ha sido poner controladores en los generadores, de modo que, si la frecuencia cae, aumenten su salida, y si la frecuencia aumenta, reduzcan su salida. Esto funciona, pero de forma relativamente lenta. Pueden pasar minutos antes de que un generador aumente completamente su salida en respuesta a un cambio de frecuencia, y durante este tiempo la frecuencia se reduce. Así fluctuaciones bastantes amplias e impredecibles en la frecuencia de la red son la norma.

La posibilidad de aumentar la capacidad implica generar capacidad que generalmente no se usa y esto implica un funcionamiento menos eficiente del generador. La posibilidad de reducir la energía es menos problema, pero pueden surgir problemas cuando la demanda es muy baja y la planta de carga base ya funciona a capacidad mínima.

Para retener la estabilidad, el sistema en conjunto necesita una planta que sea capaz de responder automáticamente con una producción adicional de energía esencialmente equivalente a la pérdida de generación más grande creíble (en realidad, tomando realmente en cuenta factores como el comportamiento de la carga síncrona, el comportamiento de la planta de generación y la carga total del sistema). Cuanto más grande se considere generalmente que sea la pérdida creíble de generación, más grande será la unidad de potencia única que funciona. En Inglaterra y Gales, ésta es normalmente Sizewell B a 1.2 GW, pero el interconector francés también es de dos entradas de 1 GW cada una. Esta energía adicional debe estar disponible antes de que la frecuencia caiga realmente por debajo del límite de control. En el Reino Unido, la inercia del sistema de suministro de potencia da aproximadamente 10 segundos antes de que se superen los límites. Los escenarios de pérdida principal se consideran excepcionales, y se considera aceptable que sean del rango superior al límite normal de 1% de la desviación de frecuencia. Asegurar la disponibilidad de esta capacidad es sumamente importante y es una consideración y complicación principales en el funcionamiento general del sistema de suministro eléctrico. Este problema se resuelve normalmente con contratos de pago a generadores que tengan controladores y de activarlos cuando se pida, y/o programando la planta de modo que solamente tenga una carga parcial.

El servicio de mantener la frecuencia del sistema se conoce como Respuesta, y en todas las redes, es responsabilidad del operador de red asegurar que el sistema en conjunto tenga suficiente respuesta disponible para hacer frente a contingencias a corto plazo. Además del pago a generadores que tengan sus generadores operativos, esto implicará a menudo comprar un "margen de maniobra" de modo que los generadores pueden aumentar (o reducir) su salida cuando sea necesario. Para asegurar la estabilidad de la red, debe haber una respuesta suficiente disponible para compensar las posibles pérdidas de generación y/o carga. Si un generador (o la línea de transmisión que sale de él) tiene un fallo, y deja de generar, otra generación debe sustituirlo, generalmente dentro de unos pocos segundos. Si la carga se para de repente (como en un corte de potencia en una zona), entonces la respuesta debe reducir la generación en una cantidad equivalente.

Si la respuesta disponible es inadecuada, la frecuencia no se estabilizará. Si la frecuencia supera los limites, esto dañará mucho el equipo conectado a la red. Los generadores se sobreacelerarán (y eventualmente explotarán). Los motores se recalentarán o pararán, y otros equipos se dañarán. Para evitar el daño a largo plazo, la red tiene una variedad de "relés sensibles a frecuencia" que tienen en cuenta la frecuencia y su tasa de cambio, y, si se superan limites predefinidos, desconectarán una porción de la red o el sistema de distribución más local. Así, si, por ejemplo, la frecuencia cae, estos dispositivos desconectarán progresivamente zonas del país hasta que la frecuencia se estabilice. La desconexión de carga generalmente empieza automáticamente antes de que la frecuencia del sistema caiga por debajo de 48,5 Hz, es decir 1,5% menos que el limite controlado.

El apagón zonal resultante no discrimina, porque los usos de alto valor, como hospitales y lineas de ferrocarril, pierden potencia al mismo tiempo que las cargas menos criticas, tal como iluminación viaria o el consumo doméstico.

Por otra parte, si la frecuencia está subiendo, otros dispositivos desconectarán generadores.

Esto se tiene que llevar a cabo automáticamente, puesto que se puede producir daño en la red y equipo eléctrico dentro de subsegundos después de que se produzcan los fallos. Cualquier intervención humana es demasiado lenta. Los operadores de red tienen a menudo conciertos anteriores con los consumidores industriales de cargas grandes de modo que se desconecte equipo menos esencial antes de que haya que desconectar zonas más grandes.

En algunas circunstancias, se pueden producir fallos en cascada. Si se pierde la carga, la frecuencia aumenta, de modo que se interrumpe la generación, de manera que la carga excede de nuevo de la generación y se pierde más carga. Si los sistemas de control son inadecuados, se pueden producir apagones a gran escala a segundos de un primer fallo, y esto lo hemos observado en el apagón reciente de la costa Este de Estados Unidos. Más comúnmente, como hemos visto en Londres, los fallos se limitan a zonas más pequeñas.

Una vez producido un apagón a gran escala, la recuperación es lenta. Poner en marcha un generador requiere generalmente que los generadores tengan cierta potencia disponible para hacerlo. Si no se dispone de potencia, no pueden arrancar. Así, los sistemas de red tienen servicios, conocidos como servicios de "Arranque en negro", por lo que un subconjunto de generación tiene la capacidad de arrancar y seguir generando, incluso cuando el resto de la red esté inactivo. Los operadores de red tienen secuencias planificadas previamente para restablecer la generación y carga. Éstas aseguran que los suministros iniciales limitados se usen primero para proporcionar comunicación y control, después para poner en marcha generadores más grandes, y a continuación la carga se conecta progresivamente para adecuarla a la disponibilidad creciente de generación. Todo el proceso de arranque en negro es problemático....

1. Un dispositivo sensible a carga adaptado para conectarse a una carga eléctrica que consume energía eléctrica intermitente o variable para mantener una variable de la carga entre límites superior e inferior de la variable, derivándose y definiéndose los límites superior e inferior de la variable alrededor de un valor de referencia de la variable, incluyendo el aparato:

2. El dispositivo de la reivindicación 1, donde el dispositivo es sensible a que el nivel de esfuerzo de la red en escasez de generación del sistema supera un segundo valor umbral máximo, más alto que el primero, para evitar que la carga consuma potencia.

3. El dispositivo de la reivindicación 1 o 2, donde el dispositivo es sensible a que el nivel de esfuerzo de la red en escasez de demanda es inferior a un segundo valor umbral mínimo, inferior al primero, para aumentar el consumo de potencia de la carga a un máximo.

4. El dispositivo de cualquier reivindicación precedente, incluyendo además:

5. Un método para controlar una carga eléctrica que recibe potencia eléctrica de una red, consumiendo dicha carga eléctrica energía eléctrica intermitente o variable para mantener una variable de la carga entre limites superior e inferior de la variable, donde los limites superior e inferior se derivan y definen alrededor de un valor de referencia de la variable, incluyendo dicho método los pasos de:

6. El método de la reivindicación 5, incluyendo además el paso de:

7. El método de la reivindicación 5 o 6, incluyendo además el paso de: