La respuesta dinámica de frecuencia es un cambio automático de potencia activa que sigue la frecuencia de red medida. Una batería, un generador o una carga controlable mide la frecuencia en su propia conexión, calcula una petición de potencia a partir de la curva del servicio y modifica continuamente su salida mientras la frecuencia se aleja del valor nominal.
Cada operador del sistema define sus propios servicios, curvas de respuesta, ensayos y reglas de liquidación. Este artículo utiliza como ejemplo los servicios de Gran Bretaña del National Energy System Operator (NESO) y compara cifras equivalentes de Europa continental, Irlanda y Australia.
Por qué existe la respuesta de frecuencia
La frecuencia baja cuando la generación es inferior a la demanda y sube cuando es superior. Una baja inercia del sistema hace que la frecuencia se desplace más y más deprisa tras la misma pérdida; DC está diseñado para esa situación. En Gran Bretaña, la licencia de NESO le obliga a mantener la frecuencia dentro de 50 Hz ±1 % (49,5 a 50,5 Hz), y opera dentro de una banda más estrecha de ±0,2 Hz. En Europa continental, la Directriz de Operación del Sistema (Reglamento (UE) 2017/1485, anexo III) establece un intervalo normal de frecuencia de ±50 mHz, una desviación máxima en régimen permanente de 200 mHz y una desviación instantánea máxima de 800 mHz. Irlanda e Irlanda del Norte forman una zona síncrona más pequeña y tienen límites más amplios: ±200 mHz, 500 mHz y 1000 mHz.
Los nombres tradicionales primario, secundario y terciario corresponden a los términos de ENTSO-E reserva de contención de frecuencia (FCR), reserva automática de restablecimiento de frecuencia (aFRR) y reserva manual de restablecimiento de frecuencia (mFRR). La reserva de sustitución (RR) es una reserva más lenta, activada manualmente, que algunos operadores utilizan para liberar aFRR y mFRR. FCR actúa según la frecuencia local. En Europa continental debe alcanzar la activación completa en 30 s ante una desviación de ±200 mHz, con una insensibilidad y banda muerta combinadas de no más de 10 mHz (anexo V). aFRR y mFRR no actúan según la frecuencia local: siguen una consigna del operador del sistema. Los productos estándar europeos les asignan tiempos de activación completa de 5 y 12,5 minutos, respectivamente.
Servicios dinámicos en Gran Bretaña
NESO adquiere tres servicios de respuesta dinámica. Cada uno se contrata por separado para frecuencia baja y alta.
| Servicio | Tiempo máximo de inicio | Tiempo máximo hasta entrega completa | Duración de entrega | Función |
|---|---|---|---|---|
| Dynamic Containment (DC) | 0,5 s | 1 s | 15 minutos | Después de una perturbación |
| Dynamic Moderation (DM) | 0,5 s | 1 s | 30 minutos | Antes de una perturbación |
| Dynamic Regulation (DR) | 2 s | 10 s | 60 minutos | Antes de una perturbación |
Fuente: requisitos técnicos de los servicios dinámicos de NESO y guía para proveedores v14, junio de 2026.
Una unidad de respuesta debe ofertar como mínimo 1 MW y como máximo 100 MW, en números enteros de MW. Los contratos actuales abarcan bloques EFA de cuatro horas. Toda unidad debe aceptar una instrucción de NESO para desarmarse y volver a armarse. Se permite agrupar activos del mismo GSP Group. El programa de reforma de NESO propone ventanas de servicio de 30 minutos en lugar de bloques EFA y un tiempo de respuesta de 1 s para DR, igual que DC y DM. Compruebe las condiciones vigentes en la fecha de la oferta.
NESO también sigue adquiriendo Static Firm Frequency Response (SFFR), un servicio no dinámico posterior a una perturbación con respuesta en 30 s y duración de 30 minutos.
DC es autónomo. La unidad actúa según su propia medida de frecuencia y no recibe una señal de despacho durante el evento. aFRR en Europa funciona de otra manera: la unidad sigue una consigna del operador que cambia cada pocos segundos. Ambas varían continuamente la potencia, pero requieren rutas de control, diseños de comunicaciones y pruebas de cumplimiento diferentes.
Controladores dinámicos y estáticos
Un controlador estático conmuta un bloque fijo de potencia cuando la frecuencia cruza un umbral. Por ejemplo, un relé desconecta una enfriadora de 400 kW a 49,7 Hz y la repone tras un tiempo de espera. La respuesta es cero o el bloque completo.
Un controlador dinámico calcula una nueva petición de potencia en cada muestra de frecuencia. La petición es una función lineal por tramos de la desviación respecto a 50 Hz. La característica DC de la guía de NESO es:
- entrega del 0 % dentro de ±0,015 Hz (banda muerta);
- una pequeña entrega lineal que alcanza el 5 % a ±0,2 Hz (punto de inflexión); y
- una entrega lineal más pronunciada desde el 5 % a ±0,2 Hz hasta el 100 % a ±0,5 Hz.
DM se concentra entre ±0,1 Hz y ±0,2 Hz, donde aumenta la potencia a medida que la frecuencia se acerca al límite operativo. DR entrega respuesta en todo el intervalo operativo y alcanza la entrega completa a ±0,2 Hz. El servicio determina qué tipo de controlador es admisible. Un relé no puede prestar DC.
Ejemplo: 10 MW de Dynamic Containment
Una batería tiene un contrato DC de 10 MW para frecuencia baja (DCL). La tabla muestra la petición a distintas frecuencias.
| Frecuencia medida | Desviación | Entrega | Descarga solicitada |
|---|---|---|---|
| 49,985 Hz | 0,015 Hz | 0 % | 0 MW |
| 49,90 Hz | 0,10 Hz | 2,3 % | 0,23 MW |
| 49,80 Hz | 0,20 Hz | 5,0 % | 0,50 MW |
| 49,70 Hz | 0,30 Hz | 36,7 % | 3,67 MW |
| 49,60 Hz | 0,40 Hz | 68,3 % | 6,83 MW |
| 49,50 Hz | 0,50 Hz | 100 % | 10,0 MW |
Entre el punto de inflexión y la entrega completa, la pendiente es del 95 % por 0,3 Hz. Equivale al 3,2 % de la potencia contratada por 0,01 Hz, o 0,32 MW por 0,01 Hz para esta unidad. Una medida de frecuencia que marque 0,01 Hz de más a 49,7 Hz dará, por tanto, una entrega inferior en unos 0,3 MW. La precisión de la medida forma parte del error de entrega.
Las reglas de energía se derivan de la duración. NESO define el volumen de energía de respuesta como la potencia contratada multiplicada por la duración de entrega: 10 MW × 15 minutos = 2,5 MWh. La unidad también debe poder recuperar al menos el 20 % de ese volumen (0,5 MWh) en un periodo de liquidación de 30 minutos mediante gestión del estado de energía. Una unidad contratada para DCL y DCH a 10 MW necesita 2,5 MWh por encima de su estado de carga mínimo y 2,5 MWh de capacidad libre por debajo del máximo al inicio de cada bloque EFA, antes de considerar las pérdidas del inversor y los límites propios del sistema de gestión de la batería. Las líneas de base operativas (Physical Notifications, con resolución de 1 minuto y presentadas antes del cierre, 60 minutos antes) permiten devolver el estado de carga a esa posición.
Presupuesto de latencia de 1 segundo
DC debe empezar en 0,5 s y llegar a la entrega completa en 1 s. La curva también exige que la entrega completa no se alcance antes de 0,5 s, por lo que un inversor muy rápido puede necesitar un límite de rampa. Todo lo que ocurre entre la entrada de frecuencia y la potencia en el punto de conexión comparte ese segundo:
| Etapa | Cifra de ejemplo | Origen |
|---|---|---|
| Medida y filtrado de frecuencia | 100 ms o menos | Tiempo de reacción y muestreo de la ficha técnica del ZDR |
| Escritura de consigna, función 16 de Modbus RTU, dos registros, 19,2 kbit/s | unos 16 ms | 21 bytes de 11 bits cada uno, más dos silencios de 3,5 caracteres |
| Procesamiento y rampa de la consigna por el PCS | medirlo | Fabricante del inversor o PCS; verificar durante la puesta en servicio |
| Medición y registro en el punto de conexión | intervalo de muestreo del registro | 50 ms para datos de rendimiento a 20 Hz |
La medida y la escritura serie son pequeñas y previsibles. El término del PCS casi nunca aparece en una ficha técnica. Compruebe si aplica un limitador de rampa predeterminado o lee el registro de consigna en un ciclo interno lento. Utilice un plan de prueba de escalón aprobado para el sitio y acordado con el responsable del equipo y un ingeniero de control cualificado. Defina los límites operativos, enclavamientos, criterios de interrupción y restauración antes de cualquier prueba con la instalación en servicio. En el entorno de prueba aprobado, inyecte un escalón de frecuencia, registre con un único reloj la frecuencia, la consigna escrita y la potencia en el punto de conexión, y calcule el retardo a partir del registro.
Nombres de servicios por región
| Región | Servicios | Cifras de velocidad |
|---|---|---|
| Gran Bretaña | DC, DM, DR; Static Firm Frequency Response | DC y DM: entrega completa en 1 s; DR en 10 s; SFFR en 30 s |
| Europa continental | FCR, aFRR, mFRR, RR | FCR: activación completa en 30 s ante ±200 mHz; aFRR en 5 minutos; mFRR en 12,5 minutos |
| Irlanda e Irlanda del Norte | Servicios del sistema DS3, incluida Fast Frequency Response (FFR) | FFR disponible por completo dentro de los 2 s siguientes a un evento y sostenida hasta 10 s |
| NEM de Australia | Diez mercados FCAS: regulación al alza y a la baja, y contingencia al alza y a la baja | Contingencia a 1 s, 6 s, 60 s y 5 minutos |
EirGrid y SONI adquieren servicios DS3 según sus propios protocolos y acuerdos. Para proyectos australianos, consulte la guía de servicios FCAS y medición. La especificación de servicios auxiliares de mercado de AEMO establece sus propias reglas de medición y registro.
Activos capaces de prestar respuesta
Las baterías aportan la mayor parte de la respuesta dinámica en Gran Bretaña porque su inversor puede invertir el flujo de potencia dentro del límite de 1 s de DC y seguir una petición variable en ambos sentidos. Los límites son de energía, no de velocidad: estado de carga, temperatura de las celdas y ciclos permitidos por la garantía.
Los generadores pueden prestar respuesta a frecuencia alta reduciendo su producción con poco coste. La respuesta a frecuencia baja necesita mantener capacidad de generación sin utilizar; por eso una instalación eólica o solar debe operar limitada, perdiendo ingresos de energía durante cada hora contratada.
La demanda flexible suele adaptarse a servicios estáticos o solo de frecuencia baja. Un compresor, una enfriadora o un calefactor puede detenerse deprisa, pero no seguir suavemente la recuperación de la frecuencia. Un compresor detenido a 49,6 Hz no puede volver a arrancar hasta que venza su temporizador contra ciclos cortos. La refrigeración y la climatización también presentan un rebote de consumo después del evento, cuando la carga recupera el frío o calor perdido. Mida ese rebote en el contador del punto de conexión, porque aparece como demanda adicional justo después de recuperarse la frecuencia.
La agregación reúne sitios menores en una unidad de respuesta, una central eléctrica virtual, pero cada sitio sigue necesitando un estado operativo conocido, una ruta de control autorizada, entrega medida en su propio punto de conexión y un estado seguro ante pérdida de comunicaciones.
Arquitectura de medición y control
Diseñe el sitio como seis funciones separadas:
- Medida de frecuencia: frecuencia local en la conexión, con la precisión y cadencia que exige el servicio.
- Cálculo de la respuesta: curva del servicio, banda muerta, sentido, MW contratados y límites de estado de carga.
- Control del activo: una consigna que el PCS o controlador de carga pueda seguir con seguridad, o un relé para un servicio estático.
- Medida de potencia: potencia activa en el límite eléctrico definido por el programa.
- Tiempo y pruebas: frecuencia, consigna, estado del activo, indicador de disponibilidad y potencia bajo un mismo reloj.
- Operación de mercado: ofertas, líneas de base, declaraciones de disponibilidad, órdenes de desarme y liquidación.
Exprese cada cadencia con un número. El ZDR-22 muestrea la frecuencia cada 100 ms para el control, registra datos de eventos a intervalos de 20 ms y transmite datos a la nube cada 1 s. NESO exige datos de rendimiento de DC y DM a 20 Hz, y de DR a 20 Hz o 2 Hz. Considera ausentes los datos si aparece cualquier hueco mayor de 50 ms en un registro a 20 Hz. Por tanto, un flujo a la nube cada 1 s no puede ser el registro de rendimiento, y reproducir más tarde datos almacenados tampoco puede crear una respuesta que no ocurrió.
Fallos y pruebas que los detectan
Defina antes de la puesta en servicio las pruebas que revelan cada uno de estos fallos, no después de recibir una primera mala puntuación de rendimiento.
Un desfase de relojes hace que una respuesta correcta parezca tardía. A 20 Hz, una diferencia de 100 ms entre los registros de frecuencia y potencia son dos muestras; NESO calcula el error de DC y DM mediante una ventana móvil de mínimo de 0,2 s y cuatro muestras. Obtenga frecuencia y potencia de una misma fuente de hora, como GPS/GNSS, y compruebe el desfase en la prueba de escalón.
Un contador en el punto de conexión con una relación de TC errónea escala todas las cifras de entrega. Un TC invertido cambia el signo: una descarga DCL correcta parece una carga de la batería. Compruebe la convención de signos de importación y exportación con una carga conocida antes del primer ensayo.
Los datos obsoletos son peligrosos. Si el controlador pierde la entrada de frecuencia o el enlace con el PCS, marque el servicio afectado como no disponible y aplique el comportamiento de respaldo aprobado para ese sitio y equipo. Ni conservar la última consigna ni solicitar cero es universalmente seguro. Defina la detección, los enclavamientos, la transición y la recuperación con el responsable del equipo y un ingeniero de control cualificado antes de las pruebas. La NESO Provider Guidance v14 fija el factor de disponibilidad del periodo de liquidación en cero si la disponibilidad es inferior al 99,9%, y en uno en caso contrario. Con datos a 20 Hz en un periodo de 30 minutos, una indisponibilidad de 2 segundos afecta a 40 de las 36.000 muestras: queda aproximadamente un 99,889% de disponibilidad, por debajo del umbral.
El agotamiento del estado de carga acaba antes de tiempo con la entrega durante un periodo prolongado de frecuencia baja. Registre el estado de carga en cada evento y compárelo con la línea de base presentada.
Los límites compartidos provocan doble cómputo. Si hay una carga del sitio u otro servicio detrás del mismo contador, sus cambios aparecen como respuesta. Documente todas las cargas y generadores detrás del punto de conexión y todos los demás servicios que comparte el activo.
Conserve los datos brutos a 20 Hz junto con el análisis, la versión de firmware y la configuración del controlador vigentes durante cada evento. Una captura de pantalla o una puntuación calculada sin los datos de origen no se pueden volver a comprobar.
Respuesta de frecuencia con el ZDR de EpiSensor
La ficha técnica del ZDR (EPI-211-04) abarca tres variantes:
- ZDR-20: respuesta estática de frecuencia mediante salida de relé.
- ZDR-21: respuesta estática, con registro de datos de eventos cada 20 ms y sincronización horaria GPS/GNSS.
- ZDR-22: control de baterías para respuesta dinámica de frecuencia, con registro de eventos cada 20 ms y sincronización horaria GPS/GNSS. No tiene salida de relé. Ordena a la batería a través de su puerto serie como maestro Modbus RTU por RS-485 (hasta cuatro dispositivos cliente y 20 registros). También existe un puerto CANbus opcional.
El tiempo de reacción y de muestreo de frecuencia son de 100 ms o menos, la resolución es de 0,01 Hz y la precisión de ±0,01 Hz. Esa precisión satisface el mínimo de medición de 10 mHz para FCR del anexo V del Reglamento (UE) 2017/1485. En la curva DC anterior, puede equivaler a hasta 0,32 MW en una unidad de 10 MW, así que inclúyala en la tolerancia de entrega. La precisión de potencia activa es clase 0,5S según IEC 62053-22 en sus propias entradas trifásicas, lo que permite al ZDR medir la entrega en el punto de conexión independientemente de la lectura del PCS.
El registro de eventos cada 20 ms del ZDR-21 y ZDR-22 tiene más resolución que el intervalo de 50 ms de los ficheros de rendimiento a 20 Hz de NESO. Los 100 ms corresponden al muestreo de control y no deben presentarse como cadencia de registro. NESO también comprueba durante la incorporación la medición operativa y la entrega de datos de rendimiento a través de su concentrador de datos. Planifique cómo llegará el registro ZDR a esa ruta antes de la fecha del ensayo.
Un ZDR no acredita un sitio por sí solo. La precalificación evalúa la unidad completa: entrada de frecuencia, controlador, PCS, contador del punto de conexión y ruta de datos. Utilice la guía de aplicación de respuesta de baterías a la demanda para diseñar el sitio y elija después la variante que corresponda al servicio.