Las oscilaciones en la red eléctrica son variaciones periódicas de baja frecuencia (generalmente por debajo de 1 Hz) en el flujo de energía dentro de un sistema eléctrico. Estas oscilaciones surgen como un efecto natural de los mecanismos de retroalimentación negativa utilizados en los algoritmos de control de los sistemas de potencia. En condiciones normales, estas oscilaciones se amortiguan en pocos segundos y pasan desapercibidas. Sin embargo, si el sistema carece de suficiente amortiguamiento, la amplitud de las oscilaciones puede crecer, lo que potencialmente conduce a apagones generalizados.
Un ejemplo notable ocurrió antes del apagón del oeste de América del Norte en 1996, donde el sistema experimentó oscilaciones a 0.26 Hz durante aproximadamente 30 segundos después de cada perturbación. Una serie de fallas y operaciones de relés de protección automáticos provocaron la pérdida de amortiguamiento, fragmentando el sistema en múltiples «islas» desconectadas y dejando a muchos usuarios sin suministro eléctrico. Eventos similares incluyen el apagón del noreste de 2003 y las oscilaciones subsíncronas en Texas en 2009. (Grid oscillation)
Identificar la fuente de inestabilidad en una red real es frecuentemente difícil, incluso con las herramientas teóricas y de cálculo disponibles. Pequeñas diferencias en el flujo de energía, tan mínimas como 10 MW, pueden empujar al sistema desde un modo estable con oscilaciones decrecientes a una situación donde las amplitudes crecen con el tiempo. A menudo, el operador del sistema no recibe advertencias de que la red está cerca de su límite de amortiguamiento.
La North American Electric Reliability Corporation (NERC) clasifica las oscilaciones de la red en varias categorías:
- Oscilaciones del sistema (naturales): Cambios de baja frecuencia en el ángulo del rotor provocados por desequilibrios de potencia.
- Locales: Oscilaciones de un generador causadas por cargas pesadas que interactúan con el control del generador.
- Intra-planta: Oscilaciones entre unidades dentro de una planta de energía debido a interacciones de control y configuraciones deficientes.
- Inter-área: Oscilaciones entre partes coherentes del sistema debido a líneas de interconexión débiles (0,15–1,00 Hz).
- Torsionales: Oscilaciones de frecuencia relativamente alta (pero aún por debajo de la frecuencia de línea) debido a la resonancia entre líneas de transmisión con alto nivel de compensación de voltaje y las resonancias mecánicas de los generadores de turbina (también conocidas como resonancia subsíncrona, 5,00–50,00 Hz).
- Oscilaciones forzadas: Oscilaciones debidas a fuerzas externas inyectadas, como equipos defectuosos.
Históricamente, las oscilaciones han sido inherentes a los sistemas eléctricos sincrónicos. Un generador sincrónico puede comportarse como un péndulo, donde el par sincronizador actúa como la gravedad, atrayendo la máquina hacia la sincronía, y la inercia del rotor provoca que el generador sobrepase el ángulo de rotor sincronizado ideal. Estas oscilaciones se descubrieron inmediatamente una vez que múltiples generadores se conectaron en paralelo para aumentar la potencia y la fiabilidad.
Con el crecimiento de los sistemas de energía, se introdujo un control automático rápido de voltaje. La retroalimentación rápida de estos sistemas tuvo el efecto secundario de reducir el amortiguamiento, por lo que se añadieron estabilizadores del sistema de potencia para amortiguar las oscilaciones. En las décadas de 1950 y 1960, la industria eléctrica consolidó las redes en sistemas cada vez más grandes para mejorar la fiabilidad y lograr economías de escala. Sin embargo, las oscilaciones se convirtieron en un problema importante, y algunas interconexiones fueron abandonadas hasta que llegaron medios asincrónicos de conexión de sistemas en forma de enlaces HVDC.
En la actualidad, con la creciente integración de fuentes de energía renovable, como la solar y la eólica, que no proporcionan la inercia rotacional inherente de los generadores convencionales, la estabilidad de la red se ve desafiada. Esto ha llevado al desarrollo de tecnologías como los inversores que forman la red y los condensadores síncronos para proporcionar la inercia necesaria y mantener la estabilidad del sistema.
