Large Wind Farms for Frequency Control of the Electrical System

Grandes parques eólicos para el control de frecuencia del sistema eléctrico

Within the broad portfolio of renewable energies emerging as viable for large-scale implementation within electrical grids, wind con-version technologies have seen the most significant growth in recent years. Particularly within this category, the predominant technol-ogy is variable-speed wind turbines with electronic power converters.
However, the massive integration of wind energy into electrical power systems involves important technical challenges, with frequency control being one of the most prominent. This problem arises because variable-speed wind turbines are insensitive to changes in system frequency, as they are linked to the grid through a power electronics stage that mechanically decouples them from it. In this way, high penetration of wind generation in a power system, which in turn implies a reduction in the participation of conventional genera-tors, leads to a reduction in the system's inertia and consequently to a reduction in its response capacity to frequency stability problems.
This paper proposes to address the frequency control problem in a system with moderate wind penetration. To this end, a control strategy is developed that allows wind generators to participate in Primary Frequency Control (PFC), that is, to provide power in re-sponse to frequency deviations in the grid. In this sense, simulation tools will be used to evaluate how a test system responds to imple-menting a control scheme that induces the participation of wind generation in the frequency control process.

Dentro del amplio portafolio de las energías renovables que se perfilan como viables para la implementación a gran escala dentro de las rede eléctricas, son las tecnologías de conversión eólica las que mayor auge han tenido en los últimos años, particularmente dentro de esta categoría, la tecnología predominante corresponde a las turbinas de velocidad variable con convertidores electrónicos de potencia.
No obstante, la integración masiva de energía eólica en los sistemas eléctricos de potencia implica desafíos técnicos impor-tantes, siendo el control de frecuencia uno de los que más destacan. Esta problemática deriva del hecho que las turbinas eólicas de velocidad variable son insensibles a cambios de frecuencia en el sistema, ya que se vinculan a la red a través de una etapa de electrónica de potencia que las desacopla mecánicamente de la misma. De esta manera, un elevado nivel de penetración de generación eólica en un sistema de potencia, que a su vez implica una reducción de la participación de los generadores convencionales, conduce a la reducción de la inercia del mismo y consecuentemente a la reducción en su capacidad de respuesta ante problemas de estabilidad de frecuencia.
En este trabajo se propone entonces enfrentar la problemática de la regulación de frecuencia en un sistema que presente un nivel moderado de penetración eólica. Para tal fin, se desarrolla una estrategia de control que permita a los generado-res eólicos participar en la Regulación Primaria de Frecuencia (RPF), es decir, realizar un aporte de potencia ante desvia-ciones de la frecuencia en la red. En tal sentido, se utilizarán herramientas de simulación para evaluar cómo responde un sistema de prueba, ante la implementación de un esquema de control que induce la participación de generación eólica en el proceso de regulación de frecuencia.