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Estabilidad de SistemasElctricos de Potencia
Mg.Fernando Oyanguren Ramrez
Abril - 2014
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Bibliografa Power System Control and Stability P. M. Anderson - A. A. Fouad
Power SystemAnalysis Hadi Saadat
Sistemas Elctricos de Potencia D. P, Kothari - I. J. Nagrath
Sistemasde Potencia Anlisis y Diseo J. Duncan Glover - Mulukutla S. Sarma
Estabilidad Transitoria en Sistemas Elctricos de Potencia
Florencio Aboytes Garca - Gonzalo Arroyo Aguilera
Estabilidad Dinmica en Sistemas Elctricos de Potencia
Florencio Aboytes Garca - Gonzalo Arroyo Aguilera
Power System Stability Edward Wilson Kimbark
Power System Stability and Control Prabha Kundur
Pginas Web:
Claudio Caizares
Tesis: Stability Analysis of Detailed Power System Modals de William Rosehort
Antonio Simoes Costa
Control y Estabilidad de Sistemas Elctricos de Potencia
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Introduccin
La Estabilidad de Sistemas Elctricos de Potencia ha
sido reconocida como un problema importante para
la operacin segura del sistema elctrico desde1920.
Muchos de los grandes apagones causados por la
inestabilidad del sistema de potencia han ilustrado laimportancia de este fenmeno.
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En la actualidad los sistemas de potencia sufren unavariedad de problemas operacionales debido a
oscilaciones electromecnicas inestables o de bajo
amortiguamiento.
Los principales factores que contribuyen a estos
problemas son la topologa del sistema, las
condiciones de la demanda, las fallas y el
amortiguamiento negativo introducido por los
sistemas de excitacin y otros tipos de
controladores.
Introduccin
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Histricamente, la inestabilidad transitoria ha sido elproblema dominante en estabilidad, en la mayora de
los sistemas, y ha sido el centro de la atencin de la
industria en lo referente a estabilidad de sistemas.
A medida que los sistemas elctricos se han
desarrollado a travs del crecimiento en
interconexiones, usos de nuevas tecnologas y
controles, y el incremento de la operacin en
condiciones extremas, diferentes formas de
inestabilidad de sistemas han aparecido.
Introduccin
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Un entendimiento preciso y claro
de los diferentes tipos deinestabilidad y cmo ellos estn
interrelacionados, en necesario,
para el diseo y operacin
satisfactorio de un sistema depotencia.
Introduccin
La estabilidad es unacondicin de equilibrio entre
fuerzas opuestas.
Por ejemplo, la estabilidad de voltaje, la estabilidad defrecuencia y las oscilaciones inter-reas se han convertidoen grandes preocupaciones.
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Es el conjunto de unidades de generacin con sus
respectivos controladores, transformadores de
generacin y carga, lneas de transmisin, cargas,equipos de compensacin reactiva (fijos y
controlados), equipos de proteccin y de maniobra.
La funcin principal de un SEP es proporcionar la
energa elctrica a los consumidores en las cantidades
y lugares requeridos al menor costo, con calidad y
confiabilidad y preservando el medio ambiente.
Conceptos Bsicos y Definicin
SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA (SEP)
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O condicin de operacin de un SEP es un conjunto de magnitudes
o variables fsicas (tensin, corriente, frecuencia, potencia activa yrectiva, etc) que pueden ser medidas o calculadas. Estas magnitudes
permiten describir al SEP o caracterizarlo completamente
PUNTO DE OPERACIN
OPERACIN EN ESTADO ESTACIONARIO
La condicin de operacin de estado estacionario de un SEP, es unacondicin de operacin en la cual todas las magnitudes que
caracterizan al sistema pueden ser consideradas constantes slo para
propsitos de anlisis.
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Un generador est en operacin sncrona con la red a la cual est
conectada, si su velocidad angular elctrica promedio es igual a lafrecuencia angular elctrica de la tensin de la red. Un SEP est en
operacin sncrona si todos sus generadores estn en operacin
sncrona con la red
OPERACIN SNCRONA
PERTURBACIN
Es un cambio o secuencia de cambios en una o ms variables delsistema. Para los estudios de estabilidad las perturbaciones se
clasifican en: pequeas perturbaciones y grandes perturbaciones.
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Son eventos de pequea magnitud, que pueden
considerarse como normales dentro de la operacinde estado estacionario del sistema. Es un evento
para el cual es posible linealizar las ecuaciones
diferenciales que describen el SEP, para propsitos
de anlisis.
PEQUEAS PERTURBACIONES
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GRANDES PERTURBACIONES
Son eventos de gran magnitud, como los
cortocircuitos, la salida intempestiva de una lnea o
transformador, prdida de un grupo de generacin,
prdida de un bloque importante de carga, etc. Son
eventos para los cuales las ecuaciones diferenciales
que describen al SEP no pueden ser linealizadaspara propsitos de anlisis.
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Ejemplo de Perturbaciones
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Ejemplo de Perturbaciones
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Ejemplo de Perturbaciones
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Ejemplo de Perturbaciones
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Ejemplo de Perturbaciones
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Ejemplo de Perturbaciones
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Ejemplo de Perturbaciones
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Ejemplo de Perturbaciones
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Duracin de Fenmenos Elctricos
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Duracin de Fenmenos Elctricos
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Estabilidad de un Sistema Elctrico dePotencia
La Estabilidad de Sistema Elctrico de Potencia es
la capacidad que posee dicho sistema elctrico,
para que a partir de una condicin inicial de
operacin, recupere su estado de equilibrio,
despus de haber sido expuesto a un disturbio
fsico, con todas las variables del sistemacontroladas, de tal manera que se preserva la
integridad del sistema.
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Estabilidad de un Sistema Elctrico dePotencia
La integridad de un sistema elctrico es
preservada, cuando prcticamente el sistema de
potencia en su totalidad permanece intacto, sinninguna salida de generadores o cargas, excepto
aquellas cargas que han sido desconectadas con
la finalidad de aislar el elemento fallado, o
intencionalmente sacada de servicio parapreservar la continuidad de la operacin del resto
del sistema.
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Estabilidad de un Sistema Elctrico dePotencia
El objetivo de los estudios de estabilidad, es
conocer el comportamiento del sistema elctrico,
cuando est sujeto a pequeas o grandes
perturbaciones.
Las pequeas perturbaciones ocurren
continuamente em forma de cambios de carga,
generacin o ajustes de los controles,y lasgrandes perturbaciones estn asociadas a
desconexiones de elementos importantes delsistema, luego de una falla o cortocircuito.
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Estabilidad de un Sistema Elctrico dePotencia
La respuesta del sistema a una perturbacin
involucra a muchos equipos. Por ejemplo, si
ocurriese un cortocircuito en una lnea de
transmisin, la falla ser despejada por el sistema
de proteccin mediante la apertura de los
respectivos interruptores, y el elemento es
separado del sistema
Este evento causar variaciones en las potencias
transferidas, en la velocidad del rotor de las
mquinas y en las tensiones de las barras.
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Estabilidad de un Sistema Elctrico dePotencia
Las variaciones de tensin provocarn la
actuacin de los reguladores de tensin de los
generadores y equipos de compensacin reactiva
de la transmisin.
Las variaciones de velocidad provocarn la accin
de los gobernadores de las turbinas de las
centrales de generacin.
Las variaciones de frecuencia y tensin afectarn
a las cargas del sistema de acuerdo a sus
caractersticas individuales.
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Estabilidad de un Sistema Elctrico dePotencia
Adicionalmente, los dispositivos de proteccin de
equipos individuales (motores importantes en
plantas mineras) pueden actuar ante las
variaciones en las variables elctricas del sistema
y desconectarlos, pudiendo afectar el
comportamiento del sistema.
El problema es complejo y es necesario hacersupuestos para simplificarlo y de este modo poder
focalizar el inters en los factores que influyen
sobre el tipo especfico de estabilidad.
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Estabilidad de un Sistema Elctrico dePotencia
Es por esta razn que el entendimiento de los
problemas de estabilidad en los sistemas
elctricos de potencia se ve facilitado mediante la
clasificacin de la estabilidad en categoras.
Estas categoras se han asociado con el
sinconismo de los rotores de las mquinas
sncronas, la estabilizacin de la tensin y con losfenmenos del control de la frecuencia del sistema
elctrico.
Clasificacin de Estabilidad de Sistemas Elctricos de
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Clasificacin de Estabilidad de Sistemas Elctricos dePotencia
Estabilidad de Sistemas de Potencia
Consideraciones paraclasificacin
Naturaleza
Fsica/Principales
Parmetros del Sistema
Tamao del Disturbio
Perodo de Tiempo
Capacidad de permanecer en operacin de equilibrio
Equilibrio entre fuerzas opositoras
EstabilidadAngulo
EstabilidadVoltaje
EstabilidadFrecuencia
Capacidad de mantener el voltaje estable
Balance de Potencia Reactiva
Equilibrio del control de Voltaje
Capacidad de mantener la frecuencia dentro del
rango nominal
Generacin/Balance de Carga
Capacidad de mantener sincronismo
Balance de Torque en mquina sncrona
EstabilidadTransitoria
Estabilidad dePequea Sealo Permanente
Largo
TiempoCorto
Tiempo
Largo
TiempoCorto
Tiempo
ModosInterreaModosLocales ModosTorsionalesModos deControl
Gran SealEstabilidad
Voltaje
Pequea SealEstabilidad
Voltaje
Corto
Tiempo
Oscilatoria
No
Oscilatoria
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Condicin de Estabilidad:Despus de producirse un evento
transitorio (por ejemplo: falla
monofsica en barra), el sistema
ser capaz de alcanzar un nuevo
punto de equilibrio, manteniendose
integramente.
Condicin de Inestabilidad:
Despus de producirse el evento, se
verifica: el incremento de la
separacin angular de los rotores de
la mquinas sincronas un
decrecimiento progresivo de losperfiles de tensin.
La consecuencia final de la
inestabilidad podria ser la salida de
varios equipos en cascada, llevando
al sistema al colapso
Estabilidad de un Sistema Elctrico dePotencia
10.0007.9805.9603.9401.920-0.100 [s]
0.00
-20.00
-40.00
-60.00
-80.00
Carhq G1: ngulo del Rotor (deg)Malac G4: ngulo del Rotor (deg)
Poech G1: ngulo del Rotor (deg)
CPato G1: ngulo del Rotor (deg)
GCiego G1: ngulo del Rotor (deg)
5.0003.9802.9601.9400.920-0.100 [s]
200.00
160.00
120.00
80.00
40.00
0.00
-40.00
SGab G1: Rotor angle with reference to reference machine angle in deg
SGab G1: Rotor angle with reference to reference machine angle in deg
SGab G1: Rotor angle with reference to reference machine angle in deg
SGab G1: Rotor angle with reference to reference machine angle in deg
San Gaban 113MWFalla 3F L-1011
San Gaban 113MWFalla 3F L2030 a 90% de Puno
San Gaban 113MWFalla 3F L2030 a 50% de Puno
San Gaban 93MWFalla 3F L-1011
DIgSILENT
