Edición No. 22, Issue I, Julio 2025
1. INTRODUCCIÓN
La estabilidad del sistema de potencia se define como
la capacidad del sistema para mantenerse en un estado de
equilibrio operativo bajo parámetros normales y para
adaptarse hacia un estado de equilibrio aceptable después
de una perturbación [1]. Un sistema de potencia puede
volverse vulnerable a problemas de inestabilidad cuando
opera cerca de sus límites físicos [2]; si estos problemas
no se controlan, pueden derivar en un colapso parcial o
incluso total del sistema. Tradicionalmente, la estabilidad
del sistema de potencia se clasifica en tres tipos:
estabilidad angular, estabilidad de voltaje y estabilidad de
frecuencia [1].
La estabilidad de frecuencia está vinculada con el
equilibrio entre la generación de energía y la demanda
eléctrica. Cuando se produce una variación en la
generación, se genera una desviación en la frecuencia del
sistema, lo que puede llevar a valores fuera de los rangos
seguros de operación [2]. Para mantener la estabilidad, se
implementan controladores de potencia-frecuencia que
ajustan el equilibrio entre la generación y la demanda,
asegurando que la frecuencia se sostenga dentro de los
límites operativos adecuados [2].
El control de potencia-frecuencia se organiza en tres
niveles: primario, secundario y terciario [1]. La principal
diferencia entre estos niveles radica en sus rangos de
tiempo de operación y las variables asociadas. El control
primario tiene como objetivo restringir la desviación de
frecuencia durante una contingencia, recuperando el
equilibrio entre la generación de energía y la demanda
eléctrica al llevar el sistema a un nuevo punto de
operación, donde la frecuencia se desvía del valor
nominal [3]. Este control opera dentro de un intervalo de
tiempo 2 a 30 segundos. La respuesta de frecuencia
primaria es producto de la interacción entre la inercia de
los generadores, el amortiguamiento de la carga, los
reguladores de velocidad y otros dispositivos que
proveen energía al sistema, como los sistemas de
almacenamiento de energía en baterías (BESS) [3].
El control secundario actúa en un rango de tiempo de
30 segundos a 10 minutos [3]. Funciona dentro del área
de control, tomando en consideración tanto la frecuencia
como el intercambio de potencia con áreas vecinas y se
implementa a través del Control Automático de
Generación (AGC, por sus siglas en inglés). Finalmente,
el control terciario actúa en un margen de tiempo superior
a 10 minutos, su función abarca un sistema eléctrico de
gran escala, buscando una distribución óptima de la carga
para garantizar reservas de energía suficientes [3]. En el
transcurso de la operación del sistema eléctrico de
potencia (EPS), pueden presentarse situaciones en las que
los desbalances entre la potencia generada y la potencia
consumida sean significativamente pronunciados. En
estos casos, las válvulas mecánicas controladas por los
reguladores pueden responder demasiado lento, lo que
impide corregir la desviación antes de que la frecuencia
exceda los límites operativos aceptables. Esto podría
vulnerar la seguridad del sistema y provocar daños en las
unidades de generación [1]-[4]. Para mitigar estos
riesgos, se implementan estrategias correctivas como la
reducción de carga controlada por sub-frecuencia o la
desconexión de generación, con el objetivo de evitar
daños en las máquinas generadoras y prevenir el colapso
del sistema [1].
Las estrategias de alivio de carga pueden dividirse en
tres categorías: convencional, computacional y
adaptativa [5]. Estas categorías aplican el valor de la
frecuencia y la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF)
para la aplicación de sus algoritmos. Se han investigado
estrategias basadas en ROCOF con el objetivo de mejorar
los resultados, permitiendo identificar la cantidad
mínima de carga que debe desconectarse en escenarios
críticos [5].
Con la caracterización de la tasa de cambio de la
frecuencia (ROCOF) en escenarios de contingencias N-
1, en el sistema IEEE de 39 barras, identificada en la
referencia [6] , la referencia [7] propone un esquema de
alivio de carga. Este esquema considera un espacio de
contingencias N-1 para evaluar la respuesta dinámica de
la frecuencia, con el objetivo de determinar los ajustes
adecuados para los relés de baja frecuencia activados por
la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF).
En la referencia [8], mediante sus resultados se
muestra que sin un esquema adaptativo, la presencia de
alta generación renovable provoca una rápida caída de
frecuencia y afectar al EPS. En contraste, al aplicar el
EAC adaptativo, permite que el sistema recupere el
equilibrio desconectando solo la carga necesaria. Uno de
los elementos clave en esta metodología es el factor de
corrección para adaptar la cantidad de carga a
desconectar dependiendo del nivel de generación no
inercial presente.
En la referencia [9] se propone un enfoque de
deslastre adaptativo, basado en el estándar IEC 61850 y
empleando la protección FROCOF (Fast Rate of Change
of Frequency), para permitir una respuesta más rápida
ante variaciones en la frecuencia. Los resultados
obtenidos demuestran que el EAC adaptativo fue
optimizado.
En la referencia [10] se propone un enfoque de alivio
de carga por sub-frecuencia (UFLS), el modelo propuesto
calcula el ROCOF del Centro de Inercia de manera
descentralizada, sin necesidad de utilizar PMUs en todos
los generadores, lo que lo hace más accesible y flexible
para diversas configuraciones de red.
Cuando el sistema opera con bajos niveles de inercia,
las reservas de regulación primaria de frecuencia pueden
no ser suficientes para mantener la frecuencia por encima
del umbral de alivio de carga por baja frecuencia. Estos
cambios en el sistema requieren una evaluación en
tiempo real de la respuesta en frecuencia [1]. En este
contexto, se propone una estrategia de alivio de carga
adaptativo que tome decisiones basadas en la predicción