Control de Potencia activa y Frecuencia.

Que es potencia Activa?

Definicin de potencia activa:

La potencia activa, se define como la cantidad de energa elctrica o trabajo, que se transporta o que se consume en una determinada unidad de tiempo y que efectivamente se aprovecha como potencia til ya que es el trabajo que la corriente elctrica es capaz de realizar.

P = V * I * Cos 3

Donde:

PPotencia activa (vatios).

VDiferencia se potencial (voltios).

IIntensidad (amperios).

Valor medio en un periodo de la potencia instantnea que absorbe un mltiplo de una red elctrica sinusoidal. Su unidad es el vatio, de smbolo W.

Factor de potencia, de un circuito de corriente alterna, como la relacin entre la potencia activa, P, y la potencia aparente, S, o bien como el coseno del ngulo que forman los fasores de la intensidad y el voltaje, designndose en este caso como cos, siendo el valor del ngulo.

Que es Frecuencia elctrica?

Frecuencia elctrica.

La frecuencia de la red es el resultado del equilibrio entre la generacin y el consumo en tiempo real. Requiere un ajuste permanente de la generacin para adaptarse a la demanda. Ello se lleva a cabo gracias a la regulacin primaria, secundaria y terciaria, cada una actuando a distintos horizontes temporales.

Control de Potencia activa y Frecuencia.

El satisfacer la demanda actual con la generacin es un problema de conversin de energa, que involucra variable elctricas y mecnicas, la diferencia en tiempos de actuacin y en tiempos de repuestas entre las dos tipos de variables, originan variaciones en la velocidad de las maquinas y por tanto, variaciones de frecuencias.

El objeto bsico y primario en operaciones de sistemas de potencia es el de mantener el balance entre la maquinas de generacin y el consumo total, la velocidad del sistema (f) o mas especficamente un cambio en ellases un indicativo rpido de que el balance no est siendo satisfecho.

Una frecuencia estacionaria, a cualquier valor que permanezca, indica una igualdad entre la generacin y la carga, una frecuencia que este acelerndose significa que la generacin es ms alta que la carga.

Una frecuencia que este desacelerndose significa que la generacin es mas baja que la carga.

Control de frecuencia.La frecuencia de la onda de tencin, al igual que su valor eficaz, es uno de los parmetros que debe permanecer dentro de unos lmites estrictos para que el suministro elctrico se realice en condiciones de calidad aceptables. Variaciones de frecuencia de la frecuencia alejadas del valor nominal pueden provocar el mal funcionamiento de equiposindustrialeso domsticos. Por ejemplo, algunosmotores pueden darse forzados a girar avelocidadesdistintas de aquella para la que fueron diseados, estos motores que no funcionen a la frecuencia especificada por el productor. Tendern a sobrecalentarse y daarse, y relojes y automatismos que miden el tiempo en funcin de la frecuencia dealimentacinpueden adelantar o atrasar.La frecuencia de un sistema elctrico esta estrechamente relacionada con elequilibrio entre generacin y carga. En rgimen permanente, todos losgeneradoressincrnicos de una red elctrica funcionan en sincronismo, es decir, la frecuencia de giro de cualquiera de ellos multiplicada por el nmero de polos es precisamente la frecuencia elctrica del sistema. Mientras persiste el rgimen permanente, el par acelerado aplicado por cada turbina sobre cada generador sincrnico es igual, descontando las perdidas, al par electromagntico que tiende a frenar la mquina. Si en un momento dado aumenta la carga, es decir la potencia elctrica demandada en el sistema, entonces aumenta el par electromagntico en los generadores, estos comienzan a frenarse, y la frecuencia elctrica disminuye progresivamente.

Otra forma de considerar esta dependencia es en trminos de balance energtico. Mientras un sistema opera en rgimen permanente, la potencia mecnica entrante al sistema desde las turbinas es igual a la potencia elctrica consumida por las cargas, descontando perdidas. Si la potencia elctrica consumida por las cargas aumenta, pero la potencia mecnica aportada por las turbinas permanece constante, el incremento de demanda solo puede obtenerse de la energa cintica almacenada en las maquinas rotativas. La reduccin de la energa cinticaen los generadores sincrnicos equivale a la disminucin de su velocidad de giro, de modo que cae la frecuencia elctrica del sistema.

En forma de ejemplo numrico, supongamos un sistema en rgimen permanente, con una frecuencia de 60 Hz, en la que se demandan 10000 MW, y en el que la energa cintica almacenada en las maquinas rotativas es Wc = 100000MJ. Si en un momento dado la demanda aumenta en 100 MW, podemos escribir:

-100 MW = dWcdt (1)

En el instante inicial:

dWcdt = d12J2dt = J0ddt = 212J020ddt =

= 2*100000 MJ10ddt(2)

Donde J es la inercia de todas la maquinas rotativas, es la frecuencia en radianes por segundo y 0 es la frecuencia inicial. Igualando las expresiones 1 y 2, y despejando la variacin inicial de la frecuencia respecto a la frecuencia inicial:

10ddt = -100 MW2*100000 MJ = -0.0005 s-1

Lo cual indica que, en el sistema considerado, un incremento de la demanda de 100 MW, es decir del 1%, provoca que la frecuencia comience a caer a razn de un 0.05% cada segundo, es decir 0.0005 s-1 * 60 Hz = 0.03 Hz/s = 1.8 Hz/min. Si no acta algn mecanismo corrector, esta pequea variacin de carga provocara un colapso del sistema en pocos minutos.

Esto indica la importancia o necesidad de un sistema de control que regule la potencia mecnica entrante a los generadores sincrnicos, de manera que la frecuencia del sistema se mantenga estable al variar la demanda. Este sistema de control, que acta en todos los sistemas elctricos, trata de mantener una frecuencia que depende de cada sistema y que es, o bien 50 Hz (como en Europa), o 60Hz (Venezuela), la eleccin entre los 50 y 60 Hz es arbitraria y responde a razones histricas que mas adelante citaremos. Los argumentos ms citados a favor de una frecuencia baja (50Hz) son:

* Incremento lineal de la inductancia de las lneas con la frecuencia.

* Mejora del funcionamiento de los motores colectores.

* Disminucin de la induccin entre circuitos vecinos con la consiguiente reduccin, por ejemplo, de las interferencias telefnicas.

Y a favor de una frecuencia alta (60Hz) son:

* Obtener una iluminacin ms continua en las lmparas incandescentes.

* Reduccin de la seccin de hierro necesaria en los circuitos magnticos de los transformadores.

Un elemento bsico para el control de frecuencia-potencia en un sistema elctrico es el generador sincrnico.

La turbina puede ser de vapor, gas, electrgeno,o agua. La vlvula de admisin de la turbina permite regular el flujo entrante de la misma y por lo tanto, la potencia mecnica aportada al generador sincrnico.

Como ya mencionamos el principal problema es que las cargas en el sistema tienen un comportamiento aleatorio, o sea las potencias demandadasno son continuas por lo tanto habr interferencias en el voltaje como en la frecuencia. Adems de este problema de variacin de demanda, si la produccin del generador es mayor a la demanda de las cargas se producir un aumento de velocidad de este y viceversa.

Existen tres tipos de variacin de frecuencia:

* Variaciones lentas de frecuencia.

* Variaciones bruscas de pequea amplitud.

* Variaciones bruscas de gran amplitud.

La mayora de problemas se dan en cuando trabajan las fuentes auxiliares o de emergencia, tienden a generar variaciones en la frecuencia.

Algunas de las principales funciones del control de frecuencia son:

* Se mantenga el equilibrio entre la generacin y demanda.

* Se mantenga la frecuencia de referencia en el sistema.

* Se cumplan todos los compromisos de intercambios de energa con la zona vecina.

Control de Potencia Activa y Control de Frecuencia Uno de los factores ms limitantes e importantes en la integracin de la energa elica en la red elctrica es la reserva rodante necesaria debida a la variabilidad del viento y la posible prdida repentina de la generacin elica. Usualmente, una buena prediccin del viento puede alcanzarse de 1 a 4 horas adelante; si embargo los mejores mtodos de prediccin son aun necesarios. Con el fin de evitar el colapso del sistema de potencia, una reserva rodante adecuada o conexiones muy fuertes con otros pases son necesarias.