Caracterización de impactos mediante simulaciones cuando se tienen puntos de inyección de energía fotovoltaica

Una de las principales preocupaciones a nivel mundial es crear fuentes alternativas de energía eléctrica que sean renovables y produzcan poca contaminación. Por otra parte se busca mantener unos indicadores de servicio y de calidad de la energía que sean satisfactorios para el usuario final con posibilidad de mejorarlos en el mediano plazo. La investigación del presente trabajo de grado surge debido al auge de los sistemas de generación solar fotovoltaica (SFV) que tienen posibilidades de inyectar energía a la red en el marco de la ley 1715 del 2014 [1]. Colombia cuenta con un buen nivel de radiación solar en la mayor a de las zonas del territorio nacional de acuerdo con los estudios realizados por la UPME en el a~no 2015 para la integración de renovables, lo cual ha dado origen a un interés creciente por la explotación de este recurso en diferentes regiones del país, por ejemplo proyectos como la primera granja solar en Yumbo, 100 techos solares por parte de CELSIA donde se tendría capacidad para producir 46 megavatios y en la actualidad existe un potencial de generación de 212,39 MWp en proyectos de diferentes regiones del país que buscan integrar fuentes SFV a la red de potencia tradicional , es decir que los grandes consumidores pueden empezar a generar su propia energía con sistemas solares fotovoltaicos y utilizar la red como sistema de almacenamiento temporal. Existe también una preocupación por las diferentes afectaciones que la inyección de fuentes de energía renovables no convencionales (FERNC) puedan producir en cuanto a la calidad de tensión debido a las variaciones en el flujo de energía provocadas por los módulos o cargas que componen el sistema que se han registrado en la literatura a nivel mundial, en países donde se tiene una mayor penetración de energías renovables no convencionales (ERNC) como Italia o Alemania. En este documento se desarrolla una discusión sobre estos problemas, explicando los factores que son los responsables de las afectaciones que se pueden presentar en la estabilidad de tensión y el contenido armónico de corriente y voltaje que se evidencian en la red debido a la presencia de fuentes de ERNC, por lo tanto se analizan los problemas asociados con la calidad de potencia en los diferentes componentes que tienen los subsistemas de generación solar fotovoltaica dentro de una red eléctrica. Como caso de estudio se analiza la red eléctrica de la Ponti cia Universidad Javeriana Cali (PUJC) mediante la simulación en el software de simulación NEPLAN, y se analizan dos indicadores: La estabilidad de tensión en estado estable y el contenido armónico en corriente y tensión. Se toma este caso debido a que recientemente se puso en operación un sistema solar fotovoltaico en algunos edi ficios del campus con un plan de expansión a corto plazo lo cual hace necesario analizar la red completa para ver las afectaciones que puedan producir estos subsistemas y analizar las posibles expansiones en la misma red. En los primeros 3 capítulos se introduce el tema de investigación en el que se basa el trabajo de grado junto con sus objetivos, alcances y contribuciones, ademas de explicar la importancia de llevar a cabo esta investigación; en el cuarto capitulo se presentan los conceptos fundamentales para comprender la arquitectura de la red a nivel funcional, soportando con de finiciones y análisis la caracterización de los impactos de los sistemas solares, as mismo se especi can los componentes de las redes eléctricas convencionales e integradas; en el quinto capitulo se presentan los indicadores para evaluar la calidad de potencia en el sistema interconectado nacional y se establecen los dos indicadores que se tendrían en cuenta para el caso de estudio evaluado en el trabajo de grado; en el sexto capitulo se describe la red eléctrica de la universidad tanto convencional como integrada, explicando sus características en cuanto a parámetros, diseño, funcionamiento e instalación para realizar el modelo en el software de simulación NEPLAN; en el séptimo capitulo se evidencian los análisis de los resultados obtenidos bajo el modelo y la simulación de la microrred; por ultimo se presentan las conclusiones, trabajos futuros y anexos con el de dar continuidad a la investigación y lograr la aplicación de la misma.One of the main concerns worldwide is to create alternative sources of electricity that are renewable and produce less pollution. On the other hand, it seeks to maintain service and energy quality indicators that are satisfactory for the end user with the possibility of improving them in the medium term. The investigation of the present work of degree arises due to the height of the systems of photovoltaic solar generation (SFV) that have possibilities of injecting energy to the network in the frame of the law 1715 of 2014 [1]. Colombia has a good level of solar radiation in many areas of the national territory according to the studies carried out by UPME in 2015 for the integration of renewables [26], which has given rise to a growing interest in the explotation of this resource in di erent regions of the country, for example projects such as the rst solar farm in Yumbo, 100 solar roofs by Celsia where it will have the capacity to produce 46 megawatts and there is currently a generation potential of 212.39MWp in projects in different regions of the country that search to integrate SFV sources into the traditional power network [3], that is, large consumers can start generating their own energy with photovoltaic solar systems and use the network as a temporary storage system [4]. There is also a concern for the di erent e ects that the injection of FERNC can produce in terms of voltage quality due to variations in the energy ow caused by the modules or loads that make up the system that have been recorded in the literature at the worldwide, in countries where there is a greater penetration of non-conventional renewable energies (ERNC) such as Italy or Germany. In this document a discussion about these problems is developed, explaining the factors that are responsible for the a ectations that can occur in the voltage stability and the harmonic content of current and voltage that are evident in the network due to the presence of sources of ERNC, therefore the problems associated with the power quality in the di erent components of the solar photovoltaic generation subsystems within an electrical network are analyzed. As a case study, the electrical network of the Ponti cia Universidad Javeriana Cali (PUJC) is analyzed through simulation in the NEPLAN simulation software, and two indicators are analyzed: stable voltage stability and harmonic content in current and voltage. This case is taken because a photovoltaic solar system was recently put into operation in some buildings of the campus with a short-term expansion plan, which makes it necessary to analyze the entire network to see the e ects that these subsystems can produce and analyze the possible expansions in the same network. In the rst 3 chapters, the research topic on which the grade work is based along with its objectives, scope and contributions is introduced, in addition to explaining the importance of carrying out this research; in the fourth chapter the fundamental concepts to understand the network architecture at the functional level are presented, supporting with de nitions and analysis the characterization of the impacts of the solar systems, likewise the components of the conventional and integrated electric networks are speci ed; In the fth chapter the indicators to evaluate the power quality in the national interconnected system are presented and the two indicators are established that will be taken into account for the case study evaluated in the degree work; In the sixth chapter the electrical network of the university is described, both conventional and integrated, explaining its characteristics in terms of parameters, design, operation and installation to make the model in the NEPLAN simulation software; in the seventh chapter, the analysis of the results obtained under the model and the simulation of the micro-network are evident; Finally, the conclusions, future works and annexes are presented in order to give continuity to the investigation and achieve the application of the same