Calefacción Sectores de la industria

La Generación Distribuida en Redes e Instalaciones Eléctricas

El objetivo de este trabajo es analizar en el contexto de la planeación, el impacto que tiene la Generación Distribuida (GD) en las Redes de Energía Eléctrica. Se analizan los beneficios e impactos que obtienen los usuarios finales y la Red cuando se tienen inyecciones adicionales de Potencia a lo largo de un alimentador, basados en resultados de estudios de Ingeniería Básica como son Flujos de Carga y Corto Circuito.

El objetivo de este trabajo es analizar en el contexto de la planeación, el impacto que tiene la Generación Distribuida (GD) en las Redes de Energía Eléctrica. Se analizan los beneficios e impactos que obtienen los usuarios finales y la Red cuando se tienen inyecciones adicionales de Potencia a lo largo de un alimentador, basados en resultados de estudios de Ingeniería Básica como son Flujos de Carga y Corto Circuito. También se estudian los diferentes retos que presenta la GD desde el punto de vista eléctrico y el impacto que tiene en la Coordinación de Protecciones de Sobrecorriente. Se aborda el tema de Confiabilidad, Reconfiguración de Circuitos bajo contingencia cuando está presente la GD. Todos los conceptos se presentan con ejemplos y diversas simulaciones.

Ing. Luis Rodolfo Calderón Girón

Inicialmente la industria eléctrica se fundamentó en la generación en el sitio de consumo. Posteriormente, debido en gran parte al crecimiento demográfico y la demanda de bienes y servicios, evolucionó hacia el esquema de Generación Centralizada en corriente directa complementado con redes eléctricas de distribución. Sin embargo, se tenían restricciones tecnológicas de los generadores eléctricos de corriente continua y su transporte máximo en baja tensión, que era de 30 a 57 kilómetros aproximadamente.

Con el tiempo, la generación eléctrica se estructuró como se conoce hoy en día, es decir, en corriente alterna y con redes de Transmisión y Distribución, lo que permite llevar la energía eléctrica prácticamente a cualquier punto alejado del centro de generación.

Bajo este escenario, se perdió el concepto de Generación Distribuida, ya que las grandes centrales se encontraban en lugares distantes de las zonas de consumo, pero cerca del suministro del combustible y el agua, ya que son sus materias primas.

En los años setentas, factores energéticos (crisis petrolera), ecológicos (cambio climático) y de demanda eléctrica (alta tasa de crecimiento) a nivel mundial, plantearon la necesidad de alternativas tecnológicas para asegurar, por un lado, el suministro oportuno y con calidad de energía eléctrica y, por el otro, el ahorro y el uso eficiente de los recursos naturales.

La Generación Distribuida GD representa un cambio en este paradigma de la generación de energía eléctrica centralizada. Se pudiera pensar que es un concepto nuevo, sin embargo, tiene su origen en los inicios de la generación de energía eléctrica. Así la GD es: la generación o el almacenamiento de energía eléctrica a pequeña escala, lo más cercana posible al centro de carga, con la opción de interactuar con la red eléctrica de la Compañía Suministradora.

Para establecer una capacidad de acuerdo con las características de generación eléctrica, se puede decir que, en lo que respecta a tecnologías disponibles, la capacidad de los sistemas de GD varía de cientos Kilowatts (KWs) hasta algunos miles de KW. El éxito de la difusión y popularidad de la GD radica en la existencia de tecnologías de punta que permiten generar energía eléctrica a potencias pequeñas, de manera eficiente, confiable y con alta calidad. Las tecnologías de generación distribuida se dividen en convencionales y no-convencionales. Las Convencionales incluyen a las turbinas de gas, motores de combustión interna y micro-turbinas. Las no-convencionales se refieren a las energías renovables, como la minihidraúlica, geotérmica y biomasa, las turbinas eólicas, celdas de combustibles y celdas fotovoltaicas.

La aplicación de una u otra tecnología en la GD depende de los requerimientos particulares del usuario. Los arreglos tecnológicos más usuales se citan a continuación:

• Carga base. Se utiliza para generar energía eléctrica en forma continua; opera en paralelo con la red de distribución; puede tomar o vender parte de la energía, y utiliza la red de distribución para respaldo y mantenimiento.
• Proporcionar carga en punta. Se utiliza para suministrar la energía eléctrica en períodos punta, con esto disminuye la demanda máxima del consumidor, debido a que el costo de la energía es más alto en este período. También se le conoce como “rasaje de picos”.
• Generación aislada o remota. Se usa el arreglo para generar energía eléctrica en el modo de auto-abastecimiento, ya que no es viable a partir de la red eléctrica (sistema aislado o falta de capacidad del suministrador). En este caso no existe interconexión alguna con redes de distribución de la compañía suministradora.
• Soporte a la red de distribución. En este caso la empresa eléctrica requiere reforzar su red eléctrica instalando pequeñas plantas debido a altas demandas o falta de capacidad por una falta de crecimiento de la infraestructura de transmisión y/o generación.

En la mayoría de los casos, la interconexión con la red de la Compañía Suministradora es un aspecto necesario que se tiene que tomar en cuenta, para poder cubrir cualquier eventualidad. El Instituto de Ingenieros en Electricidad y Electrónica (IEEE) continua preparando la norma eléctrica “IEEE Std 1547, Standard for Distributed Resources Interconnection with Power Systems”, que servirá para dar recomendaciones y prácticas de buena ingeniería asociadas con las interconexiones y la operación de los sistemas de GD. Normalmente las interconexiones de la GD se dan a nivel de Distribución, como inclusive EPRI lo establece en su definición de Generación distribuida.

Beneficios de la GD
El auge de los sistemas de GD se debe a los beneficios inherentes a la aplicación de esta tecnología tanto para el usuario como para la red eléctrica. A continuación se listan algunos de los beneficios:

Beneficios para el usuario
• Incremento en la confiabilidad. • Aumento en la calidad de la energía. • Reducción del número de interrupciones. • Uso eficiente de la energía. • Menor costo de la energía (por el costo de la energía eléctrica en horas pico). • Uso de energías renovables. • Facilidad de adaptación a las condiciones del sitio. • Disminución de emisiones contaminantes.

Beneficios para el Suministrador
•  Reducción de las pérdidas en transmisión y distribución. • Abasto en zonas remotas. • Libera capacidad del sistema. • Proporciona mayor control de energía reactiva (Elimina bancos de capacitares). • Mayor regulación de tensión en forma continúa. • Disminución de inversión.  • Menor saturación.  • Reducción del índice de fallas.  • Mejora la red, es decir se hace más fuerte.

Son muchos los aspectos técnicos que se tienen que estudiar en los proyectos de Generación distribuida. En este trabajo los autores quisieran limitarse al impacto que, desde el punto de vista eléctrico, puede causar la GD en una Red Eléctrica. Para ello se propone partir de los Estudios eléctricos de Ingeniería Básica y el análisis de los cambios que se producen al contar con GD en la Red.

Estudios de ingeniería básica con GD.
Tradicionalmente, en las redes de distribución, la subestación representa la única fuente de Potencia Activa a los alimentadores radiales, de tal forma que el sentido del flujo activo siempre va de la Subestación a las cargas, es decir, que para ambos casos, esto representa una fuente de potencia activa concentrada en un sólo punto.

Para el caso de los alimentadores con enlaces, generalmente, una carga puede recibir su Potencia Activa por más de una trayectoria (es decir, la topología de alimentadores puede variar) pero normalmente proviene de la misma Subestación o Fuente. Desde el punto de vista de análisis de redes, la presencia de la GD representa la existencia de inyecciones de Potencia Activa y Reactiva adicionales que se pueden localizar a lo largo de los circuitos de distribución.

El caso de la Potencia Reactiva normalmente es diferente a la Potencia Activa, en este caso pueden existir otras fuentes adicionales a la Subestación. El caso más común es contar con inyecciones reactivas que provienen de bancos de capacitores que se instalan en los circuitos con la finalidad de compensar y mejorar el perfil de voltaje para las cargas.

Es importante mencionar que la inserción de capacitores crea, de origen, condiciones resonantes en la impedancia del circuito, lo cual representa riesgos de sobre-corrientes o sobre-voltajes en las redes que cuentan con la presencia de armónicas. Esta situación es una condición cada vez más frecuente debido al cambio que se está viviendo en la compensación de la carga tanto residencial como comercial e industrial, donde la presencia de cargas no lineales hoy en día son una realidad (cargas electrónicas, hornos eléctricos de microondas, de inducción o de arco, drives, computadoras, entre otros).

También se presenta el caso, aunque menos común, de inyecciones de Potencia Reactiva proveniente de la carga, es decir, de los usuarios o clientes. El caso más común es que se presenta en instalaciones de bancos capacitores fijos para compensar el factor de potencia (costo), cuando las condiciones de carga varían o disminuyen, generalmente a lo largo del día. Es muy común que los bancos de capacitores fijos no salgan de operación cuando la demanda de Potencia Activa disminuye.

En conclusión, es común que la generación de Potencia Reactiva se haga en forma distribuida. La inserción de la GD representa un cambio del paradigma en el Análisis y Planeación de las redes eléctricas.

Análisis de Flujos de Carga
Flujos de Carga es el nombre que se da al estudio asociado con la solución de un problema de redes eléctricas, trifásica balanceada, a frecuencia constante, en el cual se calcula el estado eléctrico de la red, es decir, los valores de corriente, voltaje, potencia activa y reactiva en cada bus (nodo) de la red, para una topología y condiciones de carga dadas.

Cálculo de Corto circuito
El cálculo de las corrientes de corto circuito es una de las tareas que están relacionadas al análisis y planeación de los sistemas eléctricos de potencia (SEP´s).

Los sistemas eléctricos de potencia, por lo general, son bastante complejos, integrados por una amplia variedad de equipos dedicados principalmente para la generación, transmisión, distribución y utilización de la energía eléctrica. La alta complejidad de estos sistemas pone de manifiesto que las fallas serán inevitables, sin que importe la redundancia en el diseño. La factibilidad de diseño y operación de un sistema de potencia con una tasa de fallas igual a cero es poco realista y no se justifica económicamente.

En el contexto del Análisis del Corto Circuito, las fallas en los SEP´s se manifiestan entre otras causas como rupturas en los aislamientos que pueden llevar a cualquiera de los siguientes fenómenos:

• Patrones no deseables en los flujos de la corriente.
• Magnitudes excesivas de las corrientes que pueden dañar los equipos y ponerlos fuera de servicio, esto no es recomendable para las plantas productivas.
• Sobre-voltajes excesivos, de naturaleza transitoria y/o sostenida, que comprometen la integridad y la confiabilidad de los diferentes equipos con aislamiento.
• Depresiones de voltaje en la vecindad de la falla que pueden afectar la operación del equipo rotante y del equipo sensible.
• Se crean condiciones en el SEP que ponen en peligro al personal de la planta.

Como los cortos circuitos no siempre se pueden prevenir, se busca que los efectos perjudiciales para los equipos se puedan atenuar y contener hasta cierto grado. En primera instancia, al diseñar un SEP se debe tener como propósito principal que sea pequeña la probabilidad de ocurrencia de un corto circuito. Sin embargo, en la presencia de un corto circuito, la limitación de sus efectos destructivos consisten en:

a) Tener control de la magnitud de las corrientes no deseables de falla, y
b) Aislar la porción más pequeña posible del sistema alrededor del área donde se presente la falla para mantener el servicio en el resto del sistema.

Una parte significante de la protección del SEP se destina a detectar las condiciones de corto circuito de manera confiable. Se requiere de inversión de capital considerable en equipo de interrupción en todos los niveles de tensión, que soporten las corrientes de falla y aíslen el área afectada. Por lo tanto, las razones principales para llevar a cabo estudios de corto circuito son las siguientes:

Verificación de adecuación del equipo de interrupción existente. Los estudios de cálculo de las corrientes de corto circuito permitirán ratificar las bases de la selección del equipo de interrupción para propósitos de planeación del SEP.

Determinación de los ajustes de los dispositivos de protección contra sobre-corriente del sistema. Esto se hace para las cantidades que caracterizan al sistema bajo condiciones de falla. Estas cantidades también son referidas para manipular la protección, incluyendo corrientes o voltajes y tasas de cambio de las mismas corrientes y voltajes del sistema.

• Determinación de los efectos de las corrientes de falla sobre varios componentes del sistema tales como cables, líneas, buses, transformadores y reactores durante el tiempo en que persista la falla. Los esfuerzos mecánicos y térmicos resultantes de las corrientes de falla, se deberán comparar con las capacidades de aguante de primer ciclo de los equipos de interrupción del sistema.

Evaluación de los efectos de las diferentes clases de cortos circuitos que puedan tener sobre el perfil de voltaje en todo el sistema. Estos estudios identificarán áreas del sistema en donde las fallas pueden resultar en depresiones de voltaje.

Concepto, diseño y corrección del arreglo del sistema, aterrizamiento del neutro y la puesta a tierra de la subestación.

Todos los puntos anteriores en conformidad con los códigos y las regulaciones de diseño y operación que maneja el NEC (National Electrical Code), y la norma NFPA 70-1996, artículo 110-9.

Figura 1. Red de Distribución de un Centro Comercial con dos alimentadores.

Figura 2. Red de Distribución de un Centro Comercial con problemas de suministro.

Figura 3 Perfil de Voltaje en el punto A

Figura 5 Centro Comercial con GD.

Figura 6 Perfil de Voltaje en el punto A.

Diseño de Sistemas de Protección
Rápida detección y aislamiento lo más localmente que se pueda de la porción dañada del sistema eléctrico, cuando una falla u otra condición anormal que genera una sobre-corriente pueda dañar o afectar la operación de cualquier parte de la red eléctrica.

Coordinación de Protecciones de Sobre-corriente
Consiste en un estudio organizado de las curvas “tiempo-corriente” de los equipos de protección conectados en serie. Esto se lleva a cabo a partir de la carga hacia la fuente, tomando pares de equipos de protección a la vez y buscando satisfacer los criterios de coordinación prefijados y la operación selectiva de las protecciones.

En el caso práctico que a continuación se presenta se incluirán resultados de los estudios de ingeniería básica antes mencionados así como del análisis de contingencias y confiabilidad con y sin GD.

Caso Práctico
A continuación se incluyen los resultados de diversos estudios y simulaciones efectuadas con ayuda del programa CYMDIST y sus diferentes módulos, a una Red de Distribución de un Centro Comercial compuesta por dos alimentadores que suministran tres edificios, con diversos elementos que permiten la re-configuración de alimentadores y en la cual se está estudiando el impacto de colocar una o dos plantas de generación (500-2000 KVA, en .48 KV). Todo esto bajo el esquema de generación distribuida.

Análisis de Flujos
En la figura 1 se muestra el diagrama unifilar base. En este caso el cliente ha decidido colocar GD debido a que su carga es mayor porque los dos motores que tenía, han aumentado al doble de su capacidad. De tal modo que simulando la situación con la alimentación de que dispone ahora el sistema en ambas cargas tendrá un bajo voltaje como se muestra en la figura 2 y 3.

Como se observa en dos de los edificios se tienen problemas de bajo voltaje (en color azul claro), en la figura 3 se ve como el perfil de voltaje en color azul disminuye más allá del porcentaje de regulación permitido mostrado por la línea en color rojo. Entonces, se colocarán GD´s en estos edificios para mejorar esta situación.

Si se insertan dos GD uno en el punto A y otro en el B se obtiene el resultado mostrado en las figuras 5 y 6.

Como observación se puede ver tanto en la figura 5 como en la 6, que ya no se tiene ningún problema de bajo voltaje. Además ahora la demanda de potencia reactiva ha cambiado de sentido en este punto del alimentador y en lugar de recibir, está enviando. Sucede lo mismo con los KVA en este punto del sistema, debido a la inserción de generación.

Se presenta también una disminución de las pérdidas eléctricas y una menor solicitud de energía de la compañía suministradora como se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1 Resumen de Flujos de Carga en Centro Comercial.
FLUJOS CARGA TOTAL SIN GD CARGA TOTAL CON GD
KW KVAR KVA PF(%) KW KVAR KVA PF(%)
Carga Total 341.98 165.58 379.95 90 341.98 165.61 379.97 90
Carga Motores 1864.99 1155.52 2193.95 85.01 1865 1155.73 2194.06 85
Potencia Generadores 0 0 0 0 800 599.96 999.98 80
Pérdidas Totales 40.51 305.09 307.76 13.16 16.25 121.2 122.29 13.29

Potencia Fuertes

2247.48 1625.98 2773.98 81.02 1423.23 842.38 1653.84 86.06

Análisis de Corto Circuito
Dentro de los aspectos a cuidar se presenta el corto circuito. Ya que al ingresar generación al sistema se incrementa la magnitud de la corriente de corto circuito en todos los puntos del sistema, de tal manera que será necesario verificar si todos los equipos de la instalación soportan esta corriente y en segundo lugar si es necesario recalibrar los dispositivos de protección para que operen adecuadamente y volver a coordinarlos. Los resultados obtenidos en el ejemplo son los mostrados en la Tabla 2.

Tabla 2 Corrientes de Corto Circuito para los Casos sin GD, con 1 GD y con 2 GD.
SECCIÓN EQUIPO LLL (Amps) LLG (Amps) LL (Amps) LG Max (Amps) %
2621 2000_4/0_312
Punto Sin GD 11988 10847 10382 6897
“R” 1 GD 16042 14877 13893 11808 71,20%
2 GD 16048 14882 13898 11810 0.02%
2622 MOT_100HP_480V
Punto Sin GD 10307 9314 8926 5842
“P” 1 GD 13168 12096 11404 9020 54,40%
2 GD 13172 12099 11407 9021 0,01%
2631 2000_4/0_312
Punto Sin GD 8516 7685 7375 4752
“Q” 1 GD 10379 9466 8988 6660 40,15%
2 GD 10381 9468 8990 6661 0,02%

En la Tabla 2 se muestra como aumenta la magnitud de la corriente en el primer caso en que se instala un GD en el punto R y después otro más en el punto P. En la tabla se presentan tres puntos donde se ha muestreado la corriente y son el punto R, P y Q. Como se observa el punto más cercano a la generación es el que presenta un mayor aumento en la magnitud de la corriente de corto circuito con un 71% en el alimentador que suministra la carga del Alimentador 1. Enseguida se encuentran el punto “P” y luego el punto “Q” que presentan un aumento del 54% y 40% respectivamente. En el caso en el que se aumenta otro GD en el Alimentador 2 no es significativo 0.02%, ya que eléctricamente se encuentra lejos debido a la impedancia de los dos transformadores que se encuentran entre los puntos muestreados y el segundo generador instalado.

Por supuesto este mismo efecto se presentará en las cargas del otro alimentador debido a la instalación del primer generador. Con estos aumentos en la magnitud de la corriente de corto circuito es muy importante volver a realizar la coordinación de las protecciones y cambiar la calibración de los equipos de protección.

Figura 8 Edificio 1 y 2 Alimentados con GD en Isla.

Análisis de Contingencias
Por otro lado en el caso de que se suspenda la energía por parte de la compañía suministradora debido a alguna falla en el alimentador o en la subestación y que son ajenas al Centro Comercial, la GD del sistema puede tener la capacidad para alimentar a gran parte de la carga en forma de isla, como se muestra en la figura 8. Esto es, deberá prepararse el sistema para este tipo de operación, de tal modo que la parte del sistema que el o los GD´s puedan suministrar sin problemas, deberán aislarse del sistema por medios de desconexión y permanecer en esta situación aunque el sistema se recupere. Para volverse a integrar al sistema deberá ser necesario hacer la sincronización de la GD para poder reconectar al centro comercial. Para esto se requiere un equipo de control que pueda realizar este tipo de operaciones sin provocar fallas ni en la instalación del centro comercial ni en el sistema de distribución de la compañía suministradora.

Por parte de la compañía suministradora se deberá modificar el esquema de recierre inmediato con tres intentos después de una falla, puesto que en el interruptor o restaurador deberán tomarse en cuenta el esquema de protección del GD si no puede operar en isla, deberá esperar a que opere la protección del GD y lo desconecte del sistema para poder intentar los recierres y después el GD deberá sincronizarse, para poder reconectarse al sistema.

En el caso en que el GD pueda operar en isla, en el interruptor o restaurador deberá tomarse en cuenta el tiempo de operación de los interruptores que aíslen la parte del sistema que operará en forma aislada y después intentar los recierres. Una vez reconectado el sistema, el circuito aislado deberá tener la capacidad de sincronizarse antes de reconectarse al sistema.

Figura 9. Edificio 1, 2 y 3 Alimentados con GD con un enlace en Baja Tensión y Operación en Isla

Se pueden presentar muchas opciones en la localización de la GD. Por ejemplo colocar un GD en el lado de baja tensión en un punto intermedio, con enlaces en baja tensión, de tal forma que se pueda alimentar a los tres edificios, como se muestra en la figura 9.

En este caso con un sólo GD es posible alimentar los tres edificios en forma de isla sin problemas de bajo voltaje. El cortocircuito en los puntos de carga aumenta un poco en el caso del motor a 13217 Amp.

En lo que se refiere al análisis de confiabilidad, por supuesto que la confiabilidad es mucho mayor, ya que la carga ahora no depende de una sola fuente de alimentación que era el caso sólo con la compañía suministradora, sino que será un sistema altamente confiable, ya que estará disponible tanto más como esté disponible el generador. En estos casos aumenta generalmente entre un 7% y hasta en un 36%.

Figura 10. Red de Distribución con dos alimentadores

Figura 11. Perfil de voltaje desde la sección 15492 a la subestación.

Figura 12. Perfil de voltaje a sección 15492 con GD

Red de Distribución
A continuación se presenta un caso dos alimentadores de distribución como se muestran en la figura 10.

Estudios de Flujos de Carga
Caso 1.a Alimentador con Problemas de Caída de Tensión excesiva en algunas secciones (ej. Sec. 15492). Ver Figura 11.

Caso 1.b Mismo alimentador del caso 1.a pero con GD ubicada en la sección 13478. Ver Figura 12.

Observaciones.- En este caso la GD ayudó a resolver los problemas de regulación de voltaje y sobrecarga en el alimentador. Por otro lado permitió la liberación de capacidad en la subestación principal, pues la GD está contribuyendo inyectando 6 MVA al alimentador. Por otro lado también se puede observar que la presencia de la GD se ve reflejada a nivel de una reducción de pérdidas técnicas. Así por ejemplo para el caso estudiado, la presencia de un Generador Distribuido de 6MVA en un Alimentador con una carga total de 10.8 MVA fue de más del 400%, pasando de 759 KVA a 174 KVA con el GD presente.

Tabla 5. Niveles de corto circuito.
Feeder ld Section ld LLL Max (Amps) LLG Max (Amps) LL Max (Amps) LG Max (Amps)
Sin Generación Distribuida
GA04 13478 3396 3028 2941 1897
GA04 13478 3390 3023 2936 1894
Con Generación Distribuida
GA04 13478 3629 3988 3143 3907
GA04 13478 3623 3987 3138 3907
GA04 13478 3623 3987 3138 3907

Resultados de Corto Circuito
Para los mismos casos 1.a y 1.b estudiados en flujos se hicieron estudios de fallas encontrándose los resultados que se reportan en la siguiente tabla.

Observaciones.- El incluir una GD en un alimentador de distribución implica que se cuenta con una fuente adicional la cual normalmente opera en forma sincronizada con la alimentación proveniente de la subestación, así en caso de la presencia de una falla ambas fuentes contribuirán produciéndose niveles más altos de Corto circuito cuando la GD está presente. Así por ejemplo para el caso estudiado el nivel de corto circuito trifásico paso de 3390A a 3623 A para una falla en la sección 13478.

Resultados de Coordinación de Protecciones
Observaciones.- La presencia de la GD implica un aumento en los niveles de corto circuito lo cual conlleva a revisar los esquemas de coordinación de protecciones y casi siempre se logra una operación más rápida de estas. La GD también implica un nuevo análisis de la ingeniería de protecciones para evitar problemas de retorno de Flujo (Backflow) poniendo especial atención en ubicar protecciones de frecuencia y voltaje para liberar la GD cuando se llegasen a presentar fallas desbalanceadas.

Resultados de Análisis de Contingencias
Observaciones.- En estos casos, se efectuaron dos estudios de re-configuración de alimentadores para una contingencia ubicada en el mismo alimentador. Como se puede observar en las figuras 5 y 6 la cantidad de carga que se pudo recuperar con ayuda de la GD fue mayor con la misma estrategia de reconfiguración. Por otro lado se consideró una contingencia ubicada en otro alimentador y se efectuó la re-configuración encontrándose nuevamente un mejor resultado en cuanto a carga recuperada con la GD presente.

Resultados de Confiabilidad
Observaciones.- Para los mismos estudios del análisis de contingencias se calcularon los índices de Confiabilidad obteniéndose los resultados que se reportan en la Tabla 6. Como se pueden observar los índices obtenidos resultan mejores con la GD presente.

Tabla 2 Corrientes de Corto Circuito para los Casos sin GD, con 1 GD y con 2 GD.
Feeder ld Sam (inter/cust-yr) Maifi (inter/cust-yr) Saidi (hr/cust-yr) Ens (kWh/yr) Avg. Ens (inter/ cust-yr)

Sin Generación Distribuida

GA04 1.028686 0.703356 4.028892 25775.7 15.91092
GA04 0.720548 0.510604 3.399061 16329.6 13.85042
Mejora 29.95% 27.40% 15.63% 36.65% 12.95%

000000000000000000000000000000

En la sección donde se inserta la GD

Feeder ld Section ld Avg FailRate (Int/yr) Avg AnOutTime (hr/yr) CustInter (cust-inter/yr) CustInter Dur (cust-hr/yr) Ens (kWh/yr)

Sin Generación Distribuida

GA04 13478 1.057855 4.306619 66.6449 271.317 912.0406

Con Generación Distribuida

GA04 13478 0.745405 3.978168 46.9605 250.6246 842.4826
Mejora 29.54% 7.63% 29.54% 7.63& 7.63%

0000000000000000000000000000000000

Figura 16. Sistema Eléctrico de Edificio con Bajo voltaje

Figura 17. Perfil de Voltaje sin GD

Figura 18. Perfil de voltaje con 1 GD.

Figura 20. Perfil de KVAR sin GD

Sistema Eléctrico de un Edificio
En las figuras 16 y 17 se presenta el sistema eléctrico de un edificio en el que se muestra el caso en que también aumentaron sus cargas y se está resolviendo el caso instalando GD. Como se muestra en ambas figuras el circuito presenta problemas de bajo voltaje antes de instalar el GD.

Al instalar el GD en el punto X se logra como en los otros casos resolver el problema de baja tensión, como se muestra en la figura 18, donde se observa cómo se encuentra su perfil de voltaje muy por arriba de la línea de regulación permitida mínima en color violeta.

Como en los casos anteriores esto mejora las pérdidas en el circuito y la demanda de corriente por el circuito. Como consecuencia también disminuye la demanda de energía real y en la figura 20 se muestran los perfiles de energía reactiva antes y después de instalar la GD en el punto.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
A continuación se incluyen algunas de las principales conclusiones y recomendaciones derivadas del presente trabajo.

En base a los resultados obtenidos podemos concluir que la GD puede representar una oportunidad de ayudarnos a resolver problemas operativos de regulación de voltaje y sobrecarga en un sistema eléctrico. El generador puede ser un buen medio de generación de reactivos continua y no discreta como la que ofrecen los bancos de capacitores, de tal forma que pudiera reducirse y en algunos casos evitarse la conexión de capacitores para no presentar posibles casos de resonancia armónica con los consabidos problemas.

La presencia de la GD de capacidad adecuada en un sistema eléctrico puede permitir una muy buena regulación de voltaje, sin necesidad de tener que colocar reguladores y/o Bancos de Capacitores.

Por otro lado, permite la liberación de capacidad en la subestación que puede ser aplicada en otros alimentadores o edificios.

La presencia de la GD en una red eléctrica también se ve reflejada a nivel de una reducción de pérdidas técnicas. Así por ejemplo, para el caso estudiado, la reducción calculada fue de más del 400% logrando una mejora significativa en el sistema eléctrico.

La inclusión de la GD implica un nuevo análisis de la ingeniería de protecciones, así además de revisar los estudios de coordinación de protecciones para evitar problemas de retorno de Flujo (Backflow) será importante incluir protecciones de Bajo voltaje (27T, 27I) y alto voltaje (59T, 59I) en la GD así como cuidar las variaciones de frecuencia.

También se ha podido observar que existe una importante sensitividad a la ubicación de la GD la cual es fuertemente dependiente de la topología del alimentador del sistema eléctrico, los niveles de carga que maneja, de la robustez y capacidad de la Subestación que lo alimenta.

La presencia de la GD da como resultado redes eléctricas más robustas (i.e. con niveles de Corto Circuito más altos), lo cual trae como consecuencia redes menos sensibles a los disturbios que impactan a la calidad de energía eléctrica como son Sags, Swells, armónicas, etc.). Esta misma robustez también permite una mejor operación (i.e. más rápida) de los esquemas de protección de sobre-corriente.

También es importante decir que al contar con GD en un sistema eléctrico puede ayudar a mejorar sus índices de confiabilidad (SAIDI, CAIDI, etc.).

La GD presenta ventajas tanto para el usuario como para el suministrador, tanto técnicas como económicas.

La GD representa un nuevo reto para los ingenieros de planeación, diseño y operación. Esto debido a la aplicación de nuevas tecnologías con la responsabilidad de tener la generación muy cerca del ámbito de operación de la red. También debido a la complejidad que se incluye en los sistemas de protección del generador distribuido, el sistema al que se conecta y la instalación del usuario.

Finalmente quisiera recomendar que nosotros encargados de la planeación de redes eléctricas veamos en la Generación Distribuida una oportunidad y no una amenaza y le demos la importancia que merece basada en las importantes implicaciones que su presencia puede tener en la planeación, diseño y operación de las Redes.
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