Los servicios complementarios de control de frecuencia (FCAS) son las reservas que compra el Australian Energy Market Operator (AEMO) para mantener la frecuencia del National Electricity Market (NEM). En la red continental, la banda normal de funcionamiento es de 49,85 a 50,15 Hz. Tras un incidente creíble de generación o carga, el Frequency Operating Standard exige que la frecuencia permanezca entre 49,5 y 50,5 Hz y vuelva a la banda normal en un plazo de 5 minutos. Los proveedores FCAS reservan margen para ello y AEMO lo habilita en cada intervalo de despacho de 5 minutos junto con la energía.
Hay diez mercados FCAS. Los servicios de subida y bajada muy rápidos (1 segundo) comenzaron el 9 de octubre de 2023 con la versión 8.0 de MASS y elevaron el número de mercados de ocho a diez. La versión vigente de la Market Ancillary Services Specification (MASS) citada aquí es la 8.2, efectiva desde el 3 de junio de 2024. Establece las reglas de control, medición y verificación que esta guía cita por sección y tabla.
Los diez mercados FCAS del NEM
| Familia | Servicios | Qué debe hacer el servicio (MASS, tabla 3) | Periodo de evaluación (MASS, tabla 10) |
|---|---|---|---|
| Regulación | Subida y bajada de regulación (RREG, LREG) | Seguir las señales AGC de AEMO para corregir pequeños desequilibrios y el error temporal en cada intervalo de negociación | Ensayo de 5 minutos (MASS, sección 7.5) |
| Contingencia muy rápida | Subida y bajada a 1 segundo (R1, L1) | Frenar el cambio de frecuencia en el primer segundo y después ceder a FCAS rápido | Hasta 6 s desde la perturbación |
| Contingencia rápida | Subida y bajada a 6 segundos (R6, L6) | Frenar el cambio en 6 s y después ceder a FCAS lento | Hasta 60 s |
| Contingencia lenta | Subida y bajada a 60 segundos (R60, L60) | Estabilizar la frecuencia en 60 s y después ceder a FCAS diferido | Hasta 300 s |
| Contingencia diferida | Subida y bajada a 5 minutos (R5, L5) | Devolver la frecuencia a 50 Hz en 5 minutos y mantenerla hasta que el despacho reequilibre el sistema | Hasta 600 s |
La evaluación de contingencia comienza en el momento de la perturbación de frecuencia (FDT), cuando la frecuencia sale de la banda normal. Termina al producirse la recuperación de frecuencia o al agotarse el periodo máximo, lo que ocurra primero. Una recuperación temprana también libera los servicios más lentos. Si la frecuencia vuelve por encima de 49,9 Hz dentro de 1 s desde FDT, el proveedor no tiene que entregar subida rápida, lenta ni diferida para ese evento. La recuperación dentro de 6 s libera la subida lenta y diferida; dentro de 60 s libera la subida diferida. Los servicios de bajada aplican la misma regla a 50,1 Hz (MASS, tabla 4).
Servicios de regulación y contingencia
La regulación FCAS utiliza control central. El control automático de generación (AGC) de AEMO envía señales de subida y bajada por SCADA en un ciclo regular, normalmente cada 4 s. Las cantidades habilitadas forman una banda alrededor de la referencia de carga de la instalación, y AGC la mueve dentro de esa banda. Solo una unidad generadora programada, una carga programada o una unidad generadora semiprogramada puede ofrecer regulación, porque AGC necesita un nivel de MW controlado centralmente. El sistema de control comunica a AEMO la magnitud controlada, los indicadores de estado y los límites de subida y bajada cada 4 s, con una latencia máxima de 8 s. El retardo de su respuesta de control no debe superar 150 s (MASS, sección 7.4). La oferta mínima es 1 MW o el 1 % de la potencia máxima registrada, lo que sea mayor.
FCAS de contingencia utiliza control local. AEMO habilita una cantidad por adelantado y la instalación responde después a su propia medida de frecuencia local sin otra instrucción. Una instalación habilitada para ambos servicios suma las respuestas. La sección 7.3 de MASS exige que el controlador de planta sume la respuesta de contingencia y la petición AGC. En el ejemplo de MASS, una unidad de 100 MW tiene una consigna AGC de 102 MW y una respuesta de contingencia de 30 MW a 49,5 Hz, por lo que funciona a 132 MW.
Qué significan subida y bajada
Una respuesta de subida aumenta la generación o reduce el consumo y eleva la frecuencia del sistema. Para una batería significa descargar más o cargar menos. Una respuesta de bajada hace lo contrario.
MASS fija la convención de signos. La «cantidad de generación» (Generation Amount) es la potencia activa inyectada a la red, positiva en MW. La «cantidad de carga» (Load Amount) es la potencia activa tomada de la red, negativa en MW. Su glosario describe la respuesta de subida como un aumento de Generation Amount o una disminución de Load Amount respecto al valor inicial anterior a FDT. Cuando una carga física reduce su consumo, el valor con signo de Load Amount se acerca a cero; por eso hay que comprobar la aritmética según la convención de análisis aprobada, en lugar de restar literalmente los términos del glosario.
Los dispositivos de un mismo sitio rara vez comparten esa convención. Suponga un sitio que importa 3,0 MW. Durante un evento de subida, su batería descarga 2,0 MW y la importación del sitio baja a 1,0 MW. En los términos de MASS, Load Amount pasa de −3,0 MW a −1,0 MW: una respuesta de subida de 2,0 MW. Un contador del sitio que registra la importación como positiva anota +3,0 MW y luego +1,0 MW. Una hoja de cálculo que resta esos valores sin convertir los signos muestra −2,0 MW, interpretable como 2,0 MW de respuesta de bajada. El inversor puede registrar la misma descarga como +2,0 MW o −2,0 MW según el fabricante. Antes del primer evento real, ordene una descarga conocida y siga su signo por cada interfaz hasta el fichero de análisis.
Respuesta estática y dinámica de frecuencia en MASS
Los ingenieros suelen llamar «estática» a la respuesta de una carga conmutada por relé y «dinámica» a la respuesta proporcional de una batería. MASS usa los términos controlador de conmutación y controlador variable. Gran Bretaña usa «dynamic» para nombrar una familia de servicios; por eso, en los documentos de diseño del NEM utilice el tipo de controlador de MASS.
Un controlador de conmutación entrega un bloque fijo de FCAS cuando la frecuencia local cruza su ajuste de frecuencia. En la red continental, el ajuste predeterminado es 49,8 Hz para subida y 50,2 Hz para bajada. AEMO puede asignar un ajuste de subida desde 49,80 hasta 49,60 Hz, o uno de bajada desde 50,20 hasta 50,40 Hz. Sitúa los bloques conmutados mayores y las instalaciones de mayor disponibilidad más cerca de la banda normal. El controlador debe aplicar su ajuste con una incertidumbre intrínseca inferior a 0,05 Hz (MASS, sección 6.2.2). Los ajustes predeterminados en Tasmania son 49,00 y 51,00 Hz.
Un controlador variable responde de forma proporcional a la desviación de frecuencia. Su banda muerta no puede ser más ancha que la banda normal: la respuesta de subida debe comenzar a más tardar a 49,85 Hz y la de bajada, a 50,15 Hz. Fuera de la banda muerta, la salida sigue la función de estatismo (droop).
Considere una batería habilitada para 2 MW de subida rápida, cuyo borde de banda muerta está en 49,85 Hz y cuya salida completa se alcanza a 49,5 Hz. El punto de 49,5 Hz es la frecuencia de referencia de subida de la red continental, límite inferior de la banda de contención. La ganancia es 2 MW / 0,35 Hz = 5,7 MW/Hz. A 49,70 Hz, la batería entrega 0,15 Hz × 5,7 MW/Hz = 0,86 MW de subida.
MASS dimensiona las ofertas frente a una rampa de frecuencia definida desde 50 Hz hasta la frecuencia de referencia. La rampa de frecuencia estándar de la red continental baja a 0,125 Hz/s. Cruza 49,85 Hz a los 1,2 s y llega a 49,5 Hz a los 4,0 s; por tanto, la batería anterior llega a la salida completa a los 4 s más sus propios retardos. FCAS muy rápido utiliza la rampa de frecuencia rápida de 1 Hz/s. Esta cruza 49,85 Hz a los 0,15 s y llega a 49,5 Hz a los 0,5 s. A esa velocidad, cada 100 ms de retardo equivale a una quinta parte de la rampa.
El retardo se acumula en cada etapa: adquisición y filtrado de frecuencia, cálculo del controlador, enlace con el inversor y rampa del propio inversor. La salida queda limitada además por el estado de carga, el inversor y el sitio. Es fácil subestimar el enlace. A 9.600 baudios, una escritura Modbus RTU de dos registros y su respuesta suman 21 bytes, unos 24 ms de transmisión antes de que los dispositivos los procesen. Una instalación que utiliza los dos tipos de controlador debe acordar con AEMO cómo separar la respuesta de cada uno (MASS, sección 6.5.2).
Recursos energéticos distribuidos en los mercados de respuesta de frecuencia
Baterías, generadores y cargas controlables pueden prestar FCAS de contingencia. La oferta debe corresponder a lo que la instalación puede entregar físicamente mientras está habilitada (MASS, sección 5.1). El estado de carga, los límites de importación y exportación del sitio, la potencia del inversor, las restricciones del proceso y otros modos de operación reducen esa cifra. Para una batería, la energía suele ser el límite. Mantener 5 MW de subida diferida durante todo el periodo de evaluación de 600 s requiere 5 MW × 600 s = 0,83 MWh por encima del estado de carga mínimo, antes de las pérdidas.
La agregación añade dos reglas de medición (MASS, sección 5.3.3). Si una instalación agregada comparte punto de conexión con una carga o un generador variable, el proveedor debe medir directamente el flujo bruto de la planta participante. La potencia neta del sitio no distingue la respuesta de una batería de una enfriadora que arranca al mismo tiempo. El proveedor también debe alinear los datos de cada contador con el momento real en que se detectó la perturbación para poder sumar las lecturas de muchos sitios.
La tabla 5 flexibiliza la cadencia de muestreo para agregaciones grandes. Una flota de al menos 25 instalaciones sin respuesta inercial y con un retardo de inicio de 500 ms o menos puede muestrear cada 100 ms para FCAS muy rápido y cada 200 ms para FCAS rápido. AEMO aplica entonces un descuento a la cantidad registrada (MASS, secciones 6.5.3 y 6.5.4). Para FCAS muy rápido muestreado a más de 50 ms pero no más de 100 ms, el descuento es del 5 % con controlador variable y del 10 % con controlador de conmutación. Para FCAS rápido de 25 a 499 instalaciones muestreado a más de 50 ms pero no más de 200 ms, el descuento es del 5 %. Así, una flota de al menos 25 baterías domésticas con controlador variable, muestreo cada 100 ms y 3,0 MW habilitados de subida muy rápida debe entregar al menos 3,15 MW.
Estas reglas sustituyeron a las VPP Demonstrations. Desde junio de 2019, AEMO permitió que centrales virtuales piloto prestaran FCAS rápido con medidas cada 1 s en cada punto de conexión. Ese régimen transitorio terminó el 30 de junio de 2023 (MASS, sección 8.3).
Requisitos de medición de FCAS
La tabla 5 de MASS v8.2 fija la cadencia de muestreo de la frecuencia local y la potencia por servicio y tipo de instalación. Para regulación, solo exige potencia.
| Instalación | Muy rápido | Rápido | Lento | Diferido | Regulación |
|---|---|---|---|---|---|
| Instalación individual, o agregación con respuesta inercial o menos de 25 instalaciones | ≤50 ms | ≤50 ms | ≤4 s | ≤4 s | ≤4 s (potencia) |
| Agregación de al menos 25 instalaciones, sin respuesta inercial, retardo de inicio ≤500 ms | ≤100 ms | ≤200 ms | ≤4 s | ≤4 s | ≤4 s (potencia) |
| Agregación de al menos 25 instalaciones, sin respuesta inercial, retardo de inicio >500 ms | ≤50 ms | ≤200 ms | ≤4 s | ≤4 s | ≤4 s (potencia) |
Los controladores de conmutación tienen una excepción para FCAS rápido. Se puede registrar la potencia cada 4 s si otra medida a 50 ms o menos fija el instante de la entrega.
La misma tabla fija precisión y registro. Para FCAS muy rápido y rápido, la incertidumbre intrínseca de la frecuencia local debe ser de 0,01 Hz o menos y su resolución de 0,0025 Hz o mejor. Para FCAS lento y diferido se admiten 0,02 y 0,01 Hz. El margen de frecuencia debe abarcar al menos la banda de tolerancia operativa. La incertidumbre intrínseca de la potencia debe ser del 2 % o menor y la resolución del 0,2 % o mejor en todo el rango de medida. Los registros deben empezar al menos 5 s antes de FDT y continuar 60 s después para FCAS muy rápido y rápido. FCAS lento requiere 20 s antes y 5 minutos después; FCAS diferido, 20 s antes y 10 minutos después. El registro debe activarse siempre que la frecuencia se desplace el Trigger Range, que comienza a 0,2 Hz a cada lado de 50 Hz en la red continental y a 0,8 Hz en Tasmania. Todas las medidas se toman en el punto de conexión o cerca de él, con frecuencia y potencia en una escala temporal común (MASS, sección 5.3.1).
AEMO acepta una ficha técnica como prueba si indica la incertidumbre intrínseca y la resolución de potencia y frecuencia. Si no lo hace, la sección 6.5.1 de MASS ofrece tres vías. La primera son ensayos de tipo según IEC 61557-12 edición 2.1 por un laboratorio acreditado por NATA, IANZ o un firmante del ILAC MRA, con el anexo H cuando el contador está integrado en un inversor o relé de protección. La segunda es una certificación conforme a otra norma pertinente por uno de esos organismos. La tercera son resultados de ensayo u otras pruebas de conformidad. Una clase de precisión de energía, como la clase 0,5S según IEC 62053-22, describe el registro de energía; no indica incertidumbre intrínseca y resolución en el formato de la tabla 5.
Los registros deben ser digitales y tener un formato que AEMO pueda analizar con software comercial de hojas de cálculo. El proveedor los conserva durante al menos 12 meses desde el momento de la perturbación de frecuencia y los facilita a AEMO si se solicitan (MASS, sección 5.4). En una instalación agregada, el informe de respuesta de cada integrante debe entregarse dentro de los 20 días laborables siguientes a la solicitud de AEMO (MASS, sección 4.2.1).
Herramienta de verificación de FCAS
La FCAS Verification Tool (FCASVT) es el libro de Excel de AEMO para calcular la entrega de FCAS de contingencia. La versión 6.2 calcula los ocho servicios de contingencia: R1, R6, R60, R5, L1, L6, L60 y L5. Si la herramienta y MASS discrepan, prevalece MASS.
El cálculo sigue la tabla 10 de MASS. Para una unidad programada, primero construye la trayectoria de referencia que habría seguido sin la perturbación y mide la respuesta frente a ella. Después elimina cualquier respuesta inercial. La diferencia respecto a la salida inmediatamente anterior a la perturbación es la respuesta básica. Para un controlador variable, corrige la respuesta básica por la diferencia entre la frecuencia local real y la rampa de frecuencia estándar o rápida. Para uno de conmutación, corrige por el tiempo que tardó la frecuencia en alcanzar el ajuste, comparado con la rampa. La entrega debe ser al menos igual a la cantidad habilitada en cada servicio.
La herramienta solo puede usar lo registrado. No puede corregir un hueco en el registro de potencia, un desfase entre los relojes de frecuencia y potencia o un registro que empieza después de FDT. Conserve juntos los ficheros brutos, la configuración del controlador, la versión de la herramienta y el resultado para poder reproducirlo.
Registro para FCAS
AEMO clasifica cada instalación según los servicios que puede prestar y asigna los ajustes de frecuencia de los controladores de conmutación. Publica guías de registro de FCAS de contingencia para sistemas de almacenamiento con baterías y para parques eólicos y solares, y consultó versiones revisadas en 2026. La guía revisada de baterías añade requisitos de ensayos y medición para almacenamiento acoplado en corriente continua. Aplique la versión vigente en la fecha de solicitud.
Las instalaciones de regulación vuelven a someterse a ensayos. El proveedor debe notificar a AEMO y realizar ensayos al menos cada 4 años, dentro de las 8 semanas posteriores a una revisión general importante o a un cambio en los controles de potencia activa, y dentro de las 8 semanas siguientes a una solicitud de AEMO. Los resultados deben entregarse en los 20 días laborables posteriores al ensayo (MASS, sección 7.6).
FCAS con el ZDR de EpiSensor
El ZDR es el controlador de respuesta a la demanda de EpiSensor. Su ficha técnica EPI-211-04 recoge tres variantes:
| Variante | Salida de control | Registro de eventos | Sincronización horaria |
|---|---|---|---|
| ZDR-20 | Relé, respuesta estática de frecuencia | Ninguno | Ninguna |
| ZDR-21 | Relé, respuesta estática de frecuencia | 20 ms | GPS/GNSS |
| ZDR-22 | Consigna Modbus RTU a batería o SAI, respuesta dinámica de frecuencia | 20 ms | GPS/GNSS |
Las tres muestrean la frecuencia cada 100 ms o menos y reaccionan dentro de 100 ms. La ficha técnica indica una resolución de frecuencia de 0,01 Hz, precisión de ±0,01 Hz y medida trifásica de potencia de clase 0,5S según IEC 62053-22. El relé es un contacto inversor para 4 A resistivos a 250 V CA; una carga grande se desconecta mediante un contactor accionado por ese relé.
Frente a la tabla 5, las cifras de la ficha técnica permiten una conclusión clara. Para FCAS de contingencia lento y diferido, el muestreo de 100 ms queda holgadamente dentro del límite de 4 s, la resolución de 0,01 Hz cumple el límite de 0,01 Hz y la precisión de ±0,01 Hz está dentro de 0,02 Hz. Para FCAS muy rápido y rápido, una instalación individual debe muestrear a 50 ms y tener una resolución de 0,0025 Hz: los 100 ms y 0,01 Hz del ZDR no cumplen ninguno de los dos. Una agregación de al menos 25 instalaciones puede usar las filas de 100 y 200 ms con descuento, pero sigue aplicándose la resolución de 0,0025 Hz. Por tanto, la propia medida del ZDR se ajusta a los servicios de 60 segundos y 5 minutos. Un ZDR-20 o ZDR-21 puede actuar como controlador de conmutación de una carga desconectable por relé; el ZDR-22, como controlador variable de una batería. En cuanto a potencia, la ficha técnica da una clase de energía, por lo que el proveedor necesita pruebas de incertidumbre intrínseca y resolución conforme a la sección 6.5.1.
El registro con hora GPS cada 20 ms del ZDR-21 y ZDR-22 ayuda a alinear los contadores de varios sitios, como exige la sección 5.3.3. No mejora las cifras de frecuencia, que proceden de la medida cada 100 ms. El ZDR-20 no tiene registrador de eventos. Sus datos llegan al Gateway cada segundo, dentro del límite de 4 s para FCAS lento y diferido. El proveedor debe demostrar aun así que los datos almacenados cumplen las ventanas de registro, la alineación temporal y la conservación durante 12 meses.
Respuesta de frecuencia en otros mercados
FCAS es terminología del NEM. El Wholesale Electricity Market de Australia Occidental dispone de cinco Frequency Co-optimised Essential System Services (FCESS): regulación al alza, regulación a la baja, reserva de contingencia al alza, reserva de contingencia a la baja y un servicio de control de la tasa de cambio de frecuencia (RoCoF). Cada uno exige su propia acreditación. Gran Bretaña contrata Dynamic Containment, Dynamic Moderation y Dynamic Regulation. Europa continental utiliza reserva de contención de frecuencia y reservas de restablecimiento de frecuencia automática y manual. El registro en el NEM no se traslada a esos mercados. La guía de respuesta dinámica de frecuencia compara los servicios.
Lista de requisitos técnicos
- Elija el servicio y su fila de la tabla 5. Una instalación individual que ofrece R6 necesita muestrear frecuencia y potencia cada 50 ms y una resolución de frecuencia de 0,0025 Hz. R60 y R5 permiten 4 s y 0,01 Hz.
- Fije el conjunto de documentos. Anote en el diseño la versión de MASS (v8.2, efectiva desde el 3 de junio de 2024), la versión de FCASVT y la de la guía de registro; vuelva a comprobarlas antes del ensayo del sitio.
- Trace el límite de medida. Si la planta participante comparte punto de conexión con una carga o un generador variable, mida directamente el flujo bruto de esa planta.
- Demuestre la convención de signos. Ordene una descarga o una desconexión de carga conocida y confirme que aparece como respuesta de subida en el fichero de análisis.
- Alinee frecuencia y potencia en el tiempo. Use un reloj común, o GPS en cada contador de una agregación, y compruebe el desfase con un evento conocido.
- Configure el controlador dentro de las reglas. Un controlador de conmutación usa el ajuste de frecuencia asignado (valor continental predeterminado: 49,8 Hz para subida, 50,2 Hz para bajada). Uno variable inicia la respuesta como muy tarde a 49,85 y 50,15 Hz.
- Reserve energía durante el periodo de evaluación. FCAS diferido llega a 600 s, equivalentes a 0,17 MWh por MW habilitado antes de pérdidas.
- Conserve los registros. Guarde registros digitales legibles en una hoja de cálculo durante 12 meses desde cada perturbación y esté preparado para informar en un plazo de 20 días laborables.