Planificación Respecto de la Impedancia de Red

Serie MT de SolarMax
Planificación y diseño de instalaciones descentralizadas
con respecto a la influencia de la impedancia de red
Información técnica
Contenido
1 Introducción3
2 Punto de inyección a red
4
3 Configuración de equipo
4
3.1 Transformador de conexión
4
3.2 Cableado CA
5
3.2.1 Tipo de cable
5
3.2.2 Disposición de los cables
5
3.2.3 Punto de instalación de los inversores
6
3.2.4 Longitud del cable
7
4 Topologías de la instalación
8
4.1 Topología en estrella
8
4.2 Topología clúster
9
5 Conclusión10
2
1
Introducción
Analizar los costes de producción de electricidad es cada vez más importante con respecto a la planificación y
construcción de instalaciones fotovoltaicas a gran escala. Además de los costes de la inversión (componentes,
financiación, instalación, etc.) tienen una influencia importante en primer lugar las variables de tiempo de ejecución, como los costes de mantenimiento y asistencia técnica, la disponibilidad, el índice de rendimiento, etc.
En los últimos años, la necesidad de reducir constantemente los costes de producción de electricidad, entre
otras cosas, dio como resultado un nuevo punto de vista en la planificación e instalación de instalaciones a gran
escala. Basándose en los inversores centrales hasta la fecha, desde entonces las instalaciones a gran escala han
sido planeadas cada vez más con base en los inversores string. Dependiendo de las circunstancias locales, son
obvias las ventajas, como un tracking MPP más específico, una buena escalabilidad o un manejo más simple en
lo que respecta al mantenimiento y la asistencia técnica. Sin embargo, por otra parte, los sistemas centralizados
y descentralizados no se diferencian solamente en lo que respecta a los costes de producción de electricidad,
también hay diferentes requisitos para la planificación y el diseño técnico.
En comparación con los sistemas centralizados, la calidad de la red eléctrica tiene una mayor influencia sobre la
conducta operativa de las instalaciones descentralizadas, especialmente en la relación entre impedancia de red
e impedancia de la instalación. En los peores casos, puede producirse una conducta dinámica no deseada de la
instalación. Por ello, es necesario centrarse en ciertas variables del sistema durante la fase de planificación, ya
que estas tienen una influencia decisiva sobre la conducta operativa. No tenerlas en cuenta puede provocar los
consiguientes costes de sustituciones, reparaciones, trabajos de reajuste, etc. para el operador de la instalación.
Este documento proporciona asesoramiento técnico importante para los planificadores e integradores del sistema. Se centra especialmente en la influencia de la impedancia de red y el aseguramiento de una operación
correcta de las instalaciones descentralizadas. Ya que el diseño técnico y los costes del sistema están estrechamente relacionados, es principalmente responsabilidad del planificador del sistema el encontrar la mejor
combinación entre estas cifras de objetivos.
De manera ideal, la siguiente información ya se puede tener en cuenta durante o incluso antes de la fase de planificación. SolarMax recomienda absolutamente tener en cuenta la información, de lo contrario pueden producirse
problemas operativos con los inversores, lo que genera costes adicionales y exige que se apliquen más medidas.
En dichos casos, póngase en contacto con su delegación de SolarMax a través de www.solarmax.com/service
para recibir más información.
3
2
Punto de inyección a red
Aparte de las medidas de planificación que puedan influir sobre la relación de impedancia entre la red y la instalación, hay una capacidad dada de la red pública para obtener corriente de un generador eléctrico externo. Esta
capacidad puede ser comprobada determinando la potencia de cortocircuito (S SC, red) en el punto de inyección a
red. Debido a diversas experiencias, por lo general se recomienda que la potencia de cortocircuito sea al menos
100 veces mayor que la electricidad indicada de la instalación al usar un transformador para la conexión de red.
En caso de una conexión en baja tensión, la potencia de cortocircuito debe ser al menos 30 veces mayor.
Normalmente, los operadores de red pueden proporcionar el valor S SC, red. Para una comprobación básica, se
pueden utilizar valores guía aproximados en redes de medio tensión.
Red MV
S SC, red
10 kV
250 MVA
20 kV
500 MVA
Si la conexión es en baja tensión, también se puede calcular el S SC, red midiendo la corriente de cortocircuito en el
punto de inyección a red y utilizando la fórmula siguiente:
S SC, red = √3 ∙ 400 V ∙ I SC, red ∙ 3
S SC, red:
I SC, red: potencia de cortocircuito en el punto de inyección a red
corriente de cortocircuito medida en el punto de inyección a red
Si la tensión de S SC, red no cumple con las recomendaciones anteriores, es recomendable tomar más medidas para
ayudar a asegurar que la operación de la instalación se realice sin fallos.
Ejemplo:
Una instalación fotovoltaica se plantea con 150 unidades de inversores 15MT2 de SolarMax. La instalación se
conecta a la red de medio voltaje mediante un transformador de 10kV. El valor de referencia para SSC, red es 250 MVA.
S SC, red ≥ 100 ∙ Sinstalación
250 MVA ≥ 100 ∙ (150 ∙ 15 kVA)
250 MVA ≥ 225 MVA
La capacidad de la red eléctrica es suficiente.
3
Configuración de equipo
En las instalaciones descentralizadas, diferentes factores tienen papeles más o menos importantes en su influencia sobre la relación de impedancia entre la red y la instalación. Por regla general, para todo tipo de instalaciones
fotovoltaicas, la impedancia de red debe ser lo más baja posible con el fin de asegurar una instalación sin fallos.
Si tiene dudas técnicas durante la fase de planificación, póngase en contacto con su delegación de SolarMax a
través de www.solarmax.com/service.
3.1
Transformador de conexión
El transformador tiene una gran influencia sobre el valor de la impedancia en la red. Por ello, es importante que
se le dé una prioridad muy alta al dimensionamiento suficiente del transformador con el fin de evitar futuras interdependencias con la red eléctrica. Además, se pueden reducir las pérdidas de energía, lo que ayuda a mejorar el
rendimiento de la instalación.
Se recomienda encarecidamente que el transformador utilizado esté sobredimensionado en relación con la potencia acumulada de los inversores conectados. Esto es muy importante, ya que el comportamiento de la red puede
cambiar con el tiempo y un dimensionamiento insuficiente puede causar mayores costes durante la vida útil de
la planta. Como alternativa al sobredimensionamiento, puede utilizarse un transformador con una tensión de
cortocircuito de Uk = 4 % en lugar de Uk = 6 %.
4
El marco de condiciones, como las normas locales de instalación, las situaciones medioambientales, etc. pueden
tener influencia sobre el diseño de la instalación en lo que respecta al cableado CA, la topología de la planta, etc.
Esto puede causar un dimensionamiento inferior al ideal de algunos componentes y, por tanto, aumentar la impedancia de red. Estas limitaciones se pueden compensar parcialmente aumentando el sobredimensionamiento del
transformador de conexión y reduciendo con ello la impedancia de red.
Para más información detallada acerca de la configuración del transformador de conexión, remítase a la información técnica “SolarMax Serie MT - Requisitos de los transformadores de baja y media tensión” disponible en
www.solarmax.com.
3.2
Cableado CA
El cableado CA en las instalaciones descentralizadas es otro factor importante que tiene influencia sobre la impedancia en la red, ya que se ha de encontrar una relación adecuada entre las longitudes de los cables CC y CA. Las
distancias de CC, normalmente son más largas, y deben tener preferencia, ya que las pérdidas de energía en las
líneas de alimentación CC son menores. Si esta propuesta de diseño no se puede aplicar completamente, se debe
prestar especial atención en el dimensionamiento de los cables CA. Las siguientes medidas se han probado en la
práctica y se recomienda encarecidamente tenerlas en cuenta.
3.2.1 Tipo de cable
Deben usarse los cables multiconductores, más que los monoconductores, para reducir las inductancias de línea
tanto en las líneas de alimentación CA como, especialmente, en las redes de distribución CA.
1)
2)
Leyenda:
1) Cable multiconductor
2) Cables monoconductores
3.2.2 Disposición de los cables
Con el objetivo de reducir costes, los cables monoconductores son utilizados a menudo para las redes de distribución CA. En dichos casos, es muy importante disponer las líneas sencillas en sistemas de tres fases para
reducir las inductancias de línea. Además, se pueden evitar las inductancias en bucle manteniendo los grupos
de cables juntos.
Conductores agrupados por fase –> alta inductancia de línea
L1
L1
L1
L1
L2
L2
L1
L1
L2
L2
L3
L3
L2
L2
L3
L3
L3
L3
Conductores dispuestos en sistemas de tres fases –> baja inductancia de línea
L1
L1
L2
L2
L1
L1
L3
L3
L2
L2
L1
L1
L3
L3
L2
L2
L3
L3
5
Inverters
installation
pointde los inversores
3.2.3
Punto
de instalación
De
manera ideal,
las distanciaspoint
entre los cables deben mantenerse tan cortas como sea posible. Una medida
Inverters
installation
simple pero efectiva es ajustar el punto de instalación de los inversores, lo que puede ayudar a reducir la impedancia de red.
Punto de instalación de los inversores con distancias entre los cables CC más cortas y CA más largas
Punto de instalación de los inversores con distancias entre los cables CC más largas y CA más cortas
con el fin de reducir la impedancia de red.
Leyenda:
Línea de alimentación CC
Línea de alimentación CA
Redes de distribución CA
6
Inversor
Caja de conexiones CA
Transformador
Módulos solares
3.2.4 Longitud del cable
Independientemente de la sección transversal de los cables CA, la longitud del cable es otro factor determinante
principal para la impedancia en el lado CA del inversor. Como tal, hay una relación entre el número de inversores
conectados en paralelo y la longitud máxima de la distancia del cable CA. La tabla siguiente define la longitud
máxima del cable CA dependiendo del número de inversores 15MT2 de SolarMax conectados en paralelo.
En instalaciones de mayor tamaño, los inversores ya se conectan en paralelo (compare 4.2) en el campo. En estas
tipologías, llamadas tipologías clúster, la longitud máxima del cable CA se refiere a la red de distribución, asumiendo que las líneas de alimentación CA no exceden una longitud de 20 m y la sección transversal es de 6 mm2.
Cable multiconductor (cobre)
Cable monoconductor (cobre)
Número de inversores 15MT2 en
paralelo
Topología
de la instalación
Longitud
máxima del
cable CA [m]
Sección transversal mínima 1) [mm2]
Longitud máxi- Sección transma del cable
versal míniCA [m]
ma 1) [mm2]
1
Estrella
1000
185
500
120
2
Clúster
500
185
250
120
3
Clúster
350
185
175
120
4
Clúster
260
185
130
120
5
Clúster
200
185
100
120
6
Clúster
175
185
85
120
7
Clúster
150
185
75
120
8
Clúster
130
185
65
120
Clúster
110
185
55
120
Clúster
100
185
50
120
9
10 2)
1) L a sección transversal no influye en el grado de impedancia sino en la cantidad de pérdidas en los cables. Los valores proporcionados son las secciones transversales mínimas que mantienen las pérdidas por debajo del 1%. El dimensionamiento
de la sección transversal debe ser comprobado por el proyectista del sistema aparte.
2) Si desea conectar más de diez inversores en paralelo, póngase en contacto con su delegación de SolarMax a través de
www.solarmax.com/service.
7
4
Topologías de la instalación
Los inversores pueden conectarse a la red o a un transformador de conexión de diferentes maneras. Cambiando
la topología de la instalación es posible optimizar el tiempo de funcionamiento de la instalación y mejorar los
costes del sistema y el rendimiento. Las diferentes topologías son más o menos adecuadas para ciertas aplicaciones (tejados, suelo, instalaciones medianas o grandes, etc.) en lo que refiere a su influencia sobre la relación
de impedancia entre la red y la instalación. Por eso, por una parte, los aspectos técnicos normalmente deben
determinar la elección de la topología adecuada, mientras que, por otro lado, los costes del cableado CC y CA,
las cajas de conexiones o las pérdidas de cables también pueden ser importantes para el diseño técnico. Es
responsabilidad del proyectista del sistema encontrar la mejor combinación entre un diseño técnico sostenible y
los costes del sistema.
De acuerdo con diversas experiencias, se ha encontrado que algunas topologías requieren especial atención
en determinados componentes del sistema. A continuación hay una lista de dos topologías típicas aplicadas en
instalaciones descentralizadas y las medidas que necesitan tenerse muy en cuenta para mantener la impedancia
de red lo más baja posible.
4.1
Topología en estrella
Descripción:
Todos los inversores string se conectan directamente a una caja de conexiones CA cercana al transformador de
conexión o al punto de inyección a red.
Aplicación:
Se aplica preferentemente en instalaciones descentralizadas pequeñas. Se debe mantener la distancia de los
inversores al transformador de conexión o al punto de inyección a red lo más baja posible.
Cableado:
Los cables multiconductores deben tener una longitud máxima de 1000 m (compare 3.2.4). Al usar cables monoconductores, se necesitan medidas adicionales (compare 3.2.2).
Transformador:
Siempre que haya una potencia de cortocircuito suficiente en el punto de inyección a red, la impedancia aumentara
ligeramente debido a las bajas corrientes de las líneas de alimentación CA. Para el transformador de conexión, se
recomienda un sobredimensionamiento del 10%.
Ventajas:
■■
Gracias a las líneas de alimentación CC más largas con voltajes mayores, se pueden reducir las pérdidas de
cables.
■■
Gracias a las corrientes más bajas en las líneas de alimentación CA sencillas, la impedancia de red se reduce
en gran medida.
■■
Con la conexión directa al transformador o al punto de inyección a red, las cajas de conexiones CA pueden no
ser necesarias.
DC feed lines
Inverterz
AC terminal box
Transformer
AC feed
Ejemplo
1: lines
AC collecting lines
Una instalación
fotovoltaica se planea con seis unidades de inversores 15MT2 de SolarMax. Todos se conectan por
separado a una caja de conexiones CA hacia la conexión en baja tensión.
Para el cableado CA se utilizan cables multiconductores con una sección transversal de 6 mm2 por fase.
8
¿Cuál es la longitud máxima del cable CA de un inversor a la caja de conexiones CA considerando la impedancia
y las pérdidas de cables?
Pérdidas de cable bajas (1 %) –> longitud máxima del cable CA 70 m
Baja impedancia –> longitud máxima del cable CA 1000 m
La longitud máxima del cable CA está limitada por las pérdidas de cables y no debe exceder los 70 m.
4.2
Topología clúster
Descripción:
Un número determinado de inversores string se conectan en paralelo a una caja de conexiones CA en el campo.
La transmisión de energía al transformador de conexión se realiza en clúster con las redes de distribución CA.
Aplicación:
Se aplica preferentemente en instalaciones descentralizadas medianas y grandes. Tanto en instalaciones en
suelos como en tejados. Las cajas de conexiones CA se deben instalar al final de una fila con la menor distancia
DC feed lines
Inverterz
Transformer
posible
al transformador de conexión.
Lo mismoACseterminal
aplica box
a los inversores
que se deben instalar junto a la caja
AC feed lines
de conexiones CA para reducir las distancias de las líneas de alimentación CA. El número máximo de inversores
AC collecting lines
conectados en paralelo que se recomienda es diez, si desea conectar más póngase en contacto con su delegación
de SolarMax a través de www.solarmax.com/service.
Cableado:
Se recomienda encarecidamente el uso de cables multiconductores. Además, las distancias de los cables CA
deben tenerse en cuenta con precaución (compare 3.2.4). Esto se aplica especialmente a la red de distribución
CA, ya que, en distancias mayores, la influencia de las inductancias de la línea aumenta. Al usar cables monoconductores, se necesitan medidas adicionales (compare 3.2.2).
Transformador:
Siempre que haya una potencia de cortocircuito suficiente en el punto de inyección a red, dicha impedancia
aumentara debido a las corrientes más altas en los cableados de distribución CA. Para compensar este efecto, se
recomienda un sobredimensionamiento del transformador entre el 15-20%.
Ventajas:
■■
Gracias a las líneas de alimentación CC más largas con voltajes mayores, se pueden reducir las pérdidas de
cables.
■■
El coste del cable CA se puede reducir utilizando menos cables desde las cajas de conexiones CA al
transformador.
Ejemplo 2:
Una instalación fotovoltaica se plantea con 120 unidades de inversores 15MT2 de SolarMax. Se conectan cinco
dispositivos en paralelo a una caja de conexiones CA cercana (máx. 30 m). Las líneas de alimentación de multi-
9
conductores tienen una sección transversal de 6 mm2. En total, hay 24 clústers que se corresponden con 24 cajas
de conexiones. El cableado de distribución transmite la corriente de cada caja de conexiones a un transformador
de 10kV.
La distribución CA se utilizan cables multiconductores con una sección transversal de 185 mm2 por fase.
¿Cuál es la longitud máxima del cableado de distribución CA desde una caja de conexiones CA al transformador
considerando la impedancia y las pérdidas de cables?
Pérdidas de cable bajas (1 %) –> longitud máxima del cable CA 215 m
Baja impedancia –> longitud máxima del cable CA 200 m
La longitud máxima del cable está limitada por la impedancia y no debe exceder los 200 m.
Ejemplo 3:
Una instalación fotovoltaica se plantea con 120 unidades de inversores 15MT2 de SolarMax. Se conectan cinco dispositivos en paralelo a una caja de conexiones CA cercana (máx. 30 m). El cableando de multiconductores tienen
una sección transversal de 6 mm2. En total, hay 24 clústers que se corresponden con 24 cajas de conexiones. El
cableando de distribución transmite la corriente de cada caja de conexiones a un transformador de 10kV.
Para la red de distribución CA se utilizan cables monoconductores con una sección transversal de 120 mm2 por
fase.
¿Cuál es la longitud máxima del cableando de distribución desde una caja de conexiones CA al transformador
considerando la impedancia y las pérdidas de cables?
Pérdidas de cable bajas (1 %) –> longitud máxima del cable CA 140 m
Baja impedancia –> longitud máxima del cable CA 100 m
La longitud máxima del cable de la red de distribución está limitada por la impedancia y no debe exceder los 100 m.
5
Conclusión
Se pueden tomar diferentes medidas durante la fase de planificación con el fin de mantener la impedancia de red
lo más baja posible. Por un lado, esto asegura un funcionamiento correcto en el futuro y con ello reduce la probabilidad de incurrir en costes adicionales en modificaciones o el solventar problemas. Por otro lado, también hace
que la instalación sea menos sensible frente a cambios externos frente a la instalación de otra planta fotovoltaica
o la cercanía de cargas industriales, pudiendo influir sobre la impedancia de la red eléctrica.
■■
Compruebe antes la capacidad de la red eléctrica en el punto de conexión (compare 2).
■■
Considere un sobredimensionamiento adecuado del transformador con el fin de mantener la impedancia de red
lo más baja posible (compare 3.1).
■■
Utilice cables multiconductores (compare 3.2.1 y siguientes).
■■
Tenga en cuenta la longitud del cable CA manteniendo las distancias entre los inversores y el transformador de
conexión tan cortas como sea posible (compare 3.2.3 y siguientes).
■■
Compruebe la relevancia de las medidas anteriores de acuerdo con la topología de la instalación utilizada
(compare 4).
Las medidas mencionadas con anterioridad son de gran importancia y fundamentales para garantizar el tiempo
de funcionamiento una instalación. Dado que existe la posibilidad de que se produzcan influencias impredecibles
en el futuro, puede que sean necesarias aplicar alguna solución como la instalación de condensadores. Gracias a
nuestra larga experiencia colaborando en la elaboración de proyectos de grandes plantas fotovoltaicas, SolarMax
es capaz de proporcionarle soluciones a medida si así lo solicita. Póngase en contacto con su delegación de
SolarMax a través de www.solarmax.com/service.
10
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