Comunicación presentada al VII Congreso Smart Grids
Autores
- Gabriel Pellicer López, Responsable de Control de Construcción y Trabajos en el Territorio de Cantabria y Castilla y León, Viesgo Distribución
- Moisés Canales Laso, Responsable de Informes de Operación de Red, Viesgo Distribución
- Miguel Ángel Pérez Pérez, Responsable de Oficina Técnica, Zigor R&D
Resumen
La descarbonización del sistema eléctrico hacia un modelo renovable hace necesario que se adopten soluciones que ayuden a flexibilizar el modelo actual, pasando a convertirse el almacenamiento de energía en uno de los pilares de esta transición energética. Viesgo Distribución Eléctrica S.L. ha llevado a cabo un proyecto piloto en San Vicente del Monte (Valdáliga, Cantabria) basándose en la tecnología de convertidor y baterías de iones de Litio de ZIGOR Corporación que ha permitido mejorar la calidad de suministro, y asegurar la continuidad del mismo ante posibles incidencias en la red MT / BT de alimentación de esta localidad. Este sistema de almacenamiento, además de ser capaz de funcionar de forma autónoma, se ha integrado en la operativa del Centro de Control de la Compañía pudiendo ser monitorizado y operado desde el mismo mediante la incorporación de las señales, alarmas y mandos que lo permiten.
Palabras clave
Baterías de Litio, Almacenamiento de energía, Centro de Control, SCADA, Transición energética.
Introducción
Uno de los principales retos del sector energético para los próximos años es el almacenamiento de energía, convirtiéndose además en uno de los pilares para la transición energética hacia una economía descarbonizada.
La red eléctrica es un sistema complejo en el que la generación y la demanda deben ser iguales en todo momento, y el almacenamiento de energía se ha convertido en un elemento clave para conseguir este equilibrio, permitiendo gestionar de manera flexible tanto los perfiles de generación como los perfiles de consumo de energía eléctrica.
El almacenamiento consiste en la captura de energía generada sobrante en un cierto momento para ser usada en el futuro, cuando sea necesario, y las nuevas tecnologías de almacenamiento se convierten en elementos fundamentales de las redes eléctricas inteligentes del futuro.
En este sentido, Viesgo ha llevado a cabo un piloto de almacenamiento de energía en la localidad de San Vicente del Monte, perteneciente al Ayuntamiento de Valdáliga (Cantabria) reforzando su infraestructura de red eléctrica con una solución respetuosa con el medio ambiente, mejorando la calidad del suministro y asegurando el suministro de energía de sus viviendas y negocios ante posibles incidencias en la red.
Uno de los principales objetivos del proyecto es la integración de este sistema en la operativa del Centro de Control de Viesgo, pudiendo ser monitorizado y operado desde el mismo. Esta integración permite una mayor eficiencia y control de los diferentes modos de uso del sistema.
Descripción del proyecto
Viesgo, apoyándose en la tecnología de ZIGOR Corporación, ha instalado en San Vicente del Monte este proyecto de almacenamiento de energía, basado en un sistema de baterías de litio, y con unas características técnicas de 250 kVA de potencia y 232 kWh de energía.
El sistema de almacenamiento está conectado en Baja Tensión a una de las salidas del cuadro de Baja Tensión del Centro de Transformación tipo intemperie (160 kVA) que se encuentra en esta localidad, realizando la conexión/desconexión de la red MT/BT que lo alimenta mediante dos interruptores BT telemandados (Acometida y Protección).
El Centro de Transformación de San Vicente del Monte está conectado en una de las derivaciones en antena de la Línea MT 12 kV Cabezón – Valdáliga, sin posibilidad de alimentación alternativa en MT. Este sistema de almacenamiento, cuyo control está integrado en el Centro de Control de Viesgo, permite diferentes modos de funcionamiento, siendo uno de los más novedosos el modo Isla que asegura el servicio de la zona ante cualquier incidencia MT/BT de la red o trabajos programados en la misma.
Además de la mejora de la calidad de suministro a los clientes de la zona, este proyecto aporta otra serie de funcionalidades adicionales como son:
- Modulación de la curva de la demanda del transformador. El sistema permite programar los valores de la curva para los que el sistema almacena o inyecta energía a la red adecuándolos a la demanda. A la vez evita que las instalaciones de la zona trabajen en un régimen de saturación al no tener que adecuarse a las puntas de demanda.
- Mejora de la calidad del suministro. Mediante el control de variables como la tensión, potencia y frecuencia de la red.
- Desplazamiento de inversiones en el tiempo. Permite posponer inversiones como enlaces MT para asegurar una segunda alternativa de alimentación de la zona.
Integración con el Centro de Control
Dentro del proceso de digitalización de Viesgo, uno de los objetivos principales de este proyecto es la integración del sistema de almacenamiento en la operativa del Centro de Control que la compañía tiene en sus oficinas del PCTCAN en Santander.
De esta manera el sistema puede ser monitorizado y controlado en modo local, vía web y a través del sistema ADMS del Centro de Control. En el sistema ADMS-SCADA se han integrado las señales, alarmas y mandos que permiten monitorizar y operar los diferentes modos de funcionamiento de forma remota y en tiempo real.
Este sistema de Control de Red (ADMS) permite su integración con las herramientas de movilidad de Viesgo, y dispone de un visor web (WebDMD) de manera que toda la información de este sistema de almacenamiento está disponible, en tiempo real, para poder ser visualizada en todo momento por el personal técnico y brigadas de campo.
En la Fig. 3 se visualiza el esquema del sistema de almacenamiento en el ADMS, esquema en el que a través del WebDMD se pueden consultar los parámetros más relevantes de este sistema de almacenamiento.
Además de las señales de medidas y estados, el sistema ADMS recoge todos los históricos de eventos y alarmas del sistema de almacenamiento. De esta forma, tanto los técnicos del Centro de Control como los técnicos en campo pueden consultar todos los sumarios de eventos y alarmas, así como curvas históricas de todas sus medidas.
Sistema de comunicaciones
Las comunicaciones del sistema de almacenamiento con el SCADA del Centro de Control se llevan a cabo mediante las vías GPRS y Radio y se realizan a través del protocolo IEC 104. Este protocolo es el estándar utilizado en Viesgo para equipos y sistemas de telecontrol con transmisión de datos en series de bits codificados en redes basadas en TCP/IP para monitorizar y controlar procesos geográficamente extendidos.
Para poder integrar todas las señales en el sistema ADMS-SCADA, otro de los retos importantes del proyecto ha sido la integración de las comunicaciones.
Los objetivos principales en comunicaciones han sido fundamentalmente dos:
- Comunicaciones de los diferentes dispositivos internos del sistema de almacenamiento: sensores de las baterías, datos del convertidor, analizadores de red en los cuadros de acometida y protección, sensores del local…
- Adaptación e integración de todas estas señales a los protocolos de comunicaciones standard de Viesgo para llegar al ADMS-SCADA.
Componentes y arquitectura
El sistema contenerizado dispone de una arquitectura interna compuesta de:
- Convertidor – ZIGOR STORAGE BPC.
- Batería de litio (LFP) modular.
- Transformador de aislamiento.
- Cuadros de control y comunicaciones.
Todo el sistema esta integrado en un contenedor marítimo de 20’HC y sectorizado en dos zonas:
- Zona de batería, esta zona alberga la batería de litio (LFP) que dispone de un sistema de refrigeración basado en aire acondicionado con temperatura controlada, con el fin de asegurar la mayor disponibilidad de la batería.
- Zona de electrónica, en esta zona se instalan el resto de componentes. Al soportar un rango mayor de temperatura, esta zona esta refrigerada por aire forzado y dispone de filtros de entrada para que el polvo y la suciedad no afecten a su correcto funcionamiento.
Convertidor – Zigor Storage BPC
El sistema dispone de un convertidor bidireccional compuesto de dos módulos conectados en paralelo con tecnología IGBT. Este convertidor es capaz de realizar:
- Carga y descarga de batería de forma coordinada con el BMS de la misma, para garantizar un correcto funcionamiento de la batería y la vida de la misma.
- Alta calidad de la señal eléctrica que se intercambia con la red.
- Funciones automáticas que garantizan y mejoran la calidad de la red en el punto de conexión:
- Control directo de P y Q.
- Regulación de Tensión.
- Regulación de Frecuencia.
- Capacidad de Black Start a demanda.
- Conexión AC: Tres fases 400 Vac y neutro con transformador de aislamiento.
- Conexión DC: Tensión entre 600 y 850 Vdc.
Batería de litio (LFP)
El sistema dispone de una batería de litio (LFP), que se utiliza como backup de energía para el funcionamiento del sistema. Sus características principales son:
- Batería modular.
- BMS integrado, dispone de:
- Relé general de protección.
- Fusible de protección.
- Función de precarga.
- Data logger de las variables de tensión y temperatura por celda.
- HMI gráfico para el control local de la batería.
Cuadros de control
El sistema dispone de dos cuadros (acometida y protección). Cada uno de ellos dispone de una protección magnetotérmica motorizada, para poder controlar los flujos de la energía y poder separar, en caso de ser necesario, la instalación BT del núcleo, de la línea de distribución MT. Estos cuadros disponen de analizadores de red para tener control sobre las variables eléctricas a la salida del transformador de distribución y a la entrada del contenedor.
Cuadro de comunicaciones
El sistema dispone de un cuadro de comunicaciones que realiza las siguientes funciones:
- Comunicación con el Centro de Control de Viesgo.
- Comunicación con los analizadores.
- Comunicación con el convertidor – ZIGOR STORAGE BPC.
- Gestión del Modo Automático definido para esta instalación.
- Data Logger de las variables del sistema.
Modos de funcionamiento
El sistema dispone de dos niveles de modos de funcionamiento, unos propios del convertidor y otro propio de la instalación.
Modos del convertidor
El convertidor dispone de unos modos propios:
- Modo 1: Control de Potencia. El convertidor responde a consignas directas de P y Q, pudiendo trabajar en los cuatro cuadrantes.
- Modo 2: Control de Tensión. El convertidor dispone de parámetros para configurar las zonas y rampas de actuación ante variaciones de tensión, con el objetivo de corregirlas. El convertidor inyecta o consume potencia activa o reactiva.
- Modo 3: Control de Frecuencia. El convertidor dispone de parámetros para configurar las zonas y rampas de actuación ante variaciones de frecuencia, con el objetivo de corregirlas. El convertidor inyecta o consume potencia activa.
- Modo 4: Control en Isla. El convertidor tiene la capacidad de general una red aislada de 3 fases + N. El convertidor necesita la configuración de los parámetros de tensión y frecuencia de salida, además de la orden de activación.
Modo Automático definido por Viesgo
Modo Automático – UPS
La función UPS realiza la siguiente secuencia:
- El sistema está monitorizando de forma permanente el valor de tensión del analizador ubicado en el cuadro de acometida.
- Cuando el valor de tensión esta fuera del rango de los valores definidos como validos. Se procede a desconectar la salida del TR de distribución.
- El sistema se pone en modo Isla y suministra energía a los consumos desde la batería hasta que ésta llega a su valor de fin de descarga, o el valor de tensión en el cuadro de acometida entra dentro de los valores válidos.
- El sistema vuelve a cerrar el interruptor automático ubicado en el cuadro de acometida, suministrando energía a las cargas desde la red de distribución, y recargando las baterías.
Modo Automático – Nocturno
La función Nocturno, se utiliza en el caso de que se desee que el sistema se desconecte completamente de la red de Viesgo y de esta forma reducir el ruido del convertidor y del trasformador de aislamiento que está conectado a la red.
Modo Automático – Alisamiento PQ
La función Aislamiento de la demanda, se utiliza en el caso de que se desee reducir la potencia que circula por el transformador posponiendo la inversión en un transformador de mayor potencia, reduciendo las pérdidas del mismo.
Conclusiones
El almacenamiento de energía para redes eléctricas es una buena solución para garantizar y mejorar la calidad de suministro de determinadas zonas, especialmente rurales sin doble cobertura, pero también va a aportar una solución al despliegue de la generación renovable, incrementando la capacidad de la red para desplegar sistemas de generación distribuida y aumentar la eficiencia de la red.
Con la ejecución de este proyecto piloto se ve viable la integración de este tipo de sistemas con el Centro de Control de las compañías de distribución, incorporando al proceso de operación de la red MT/BT sus diferentes modos de funcionamiento, mandos, señales y alarmas.
Referencias
- NETfficient: “Energy and economic efficiency for today’s smart communities through integrated multi storage technologies”. Call: H2020-LCE-2014-3.
- Research and development of an advanced micro-grid model with electric energy storage for distribution grids. Basque Government. Strategic Hazitek program.
- El sector del almacenamiento de energía eléctrica en la CAPV. 2019. Jorge Fernández Gómez, Roberto Álvaro Hermana. Instituto Vasco de Competitividad-Fundación Deusto.
- Estado de las Tecnologías-GIA.
- Recopilación de fichas de proyectos de almacenamiento.
- Cluster de Energia, Grupo de Trabajo de Almacenamiento.
- Implementation of the Strategic Action Plan on Batteries: Building a Strategic Battery Value Chain in Europe. European Comission.