Septiembre de 2007

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Estabilidad de Pequea Seal

Estabilidad de un sistema de potencia: propiedad del sistema de mantener el equilibrio en cualquier punto de trabajo bajo condiciones nominales y recuperar un estado de equilibrio aceptable despus de estar sujeto a un cambio o perturbacin

Los sistemas elctricos presentan perturbaciones continuas durante su operacin, de las cuales la mayora son de pequea magnitud (generacin - demanda)

Conceptos Bsicos

Los sistemas responden a las perturbaciones con oscilaciones entre sus componentes, en el intento de encontrar un punto de equilibrio.

Cuando las oscilaciones involucran masas rodantes, se denominan electromecnicas Durante las oscilaciones electromecnicas se intercambia energa cintica en forma de

potencia elctrica (oscilaciones de potencia). Rotores oscilan con frecuencias entre 0.1-2.0 Hz.

Conceptos Bsicos

El amortiguamiento y frecuencia de las oscilaciones electromecnicas, depende de los modos de oscilacin del sistema.

El clculo y anlisis de estos modos, es el rea de estudio de la estabilidad de pequea seal.

La principal herramienta que proporciona la estabilidad de pequea seal para estudiar los modos de oscilacin es el anlisis modal

Conceptos Bsicos

Modos de Oscilacin

Modo Intraplanta

Oscilacin de una unidad de la planta con respecto a otra u otras unidades de la misma planta: 1,5 - 2,5 Hz

Modo Local

Oscila una planta contra el sistema: 0,8 - 1,8 Hz

Modo Interplanta

Oscila una planta contra otra cercana 0,8 - 1,8 Hz

Modo Interrea

Oscila un grupo de mquinas contra otro grupo de mquinas en otra parte del sistema 0,1 - 0,8 Hz

Modos de Oscilacin

Frente a las oscilaciones de potencia, las compaas elctricas en el mundo utilizan principalmente dos indicadores:

Factor de amortiguamiento relativo (Anlisis Modal)

Constante de tiempo de la cada de la amplitud 1/||(simulaciones en el tiempo)

Referencias Internacionales

Cuando en los estudios se observan oscilaciones con < 3 %, advierten sobre la presencia y su riesgo.

Analizan la sensibilidad de a las condiciones de operacin y a los parmetros del sistema .

Con adecuado ajuste de PSSs el objetivo es > 10% Los problemas de modo de oscilacin se enfrentan cuando se experimentan

en la operacin real o cuando son claramente evidentes a partir de

simulaciones en el dominio del tiempo.

Northeast Power CoordinatingCouncil and Ontario Hydro

El amortiguamiento es adecuado si el modo menos amortiguado no

sobrepasa los 5 segundos.

El rango de frecuencia en modo interrea es de 0.15 a 0.7 Hz

En el sistema de Queensland se considera adecuado si > 5 %

Australia

El sistema se considera adecuadamente amortiguado si las oscilaciones desaparecen en las simulaciones en tiempos entre 10 y 20 segundos

Eslam, Dinamarca

Frente a contingencias en las que haya salida de generacin, la red que sobrevive debe estabilizarse frente a oscilaciones de frecuencia/potencia en 12 segundos.

Nueva Zelanda

Establecen criterios para planeamiento y operacin de las redes de

132 kV a 420 kV .

El sistema debe ser estable ante fallas trifsicas slidas despejadas

en 100 ms sin recierres o fallas monofsicas de 100 ms, con

recierre no exitoso y desconexin definitiva.

En las simulaciones, las oscilaciones se deben amortiguar en un

lapso entre 10 y 20 segundos.

STANETT - Compaa de transmisin de Noruega

El sistema debe estar positivamente amortiguado frente oscilaciones de potencia de baja frecuencia.

Se espera un > 5 % con un tiempo de decaimiento de 16 segundos para oscilaciones de 0.8 Hz.

ESB National Grid, Irlanda

Agrupa 11 estados de los Estados Unidos, Columbia Britnica, Alberta

(Canad) y el norte de Mjico.

Ha establecido como poltica instalar PSSs en todas las unidades

existentes de ms de 75MVA con adecuados AVRs y en todas las

unidades nuevas de generacin, independiente del tamao y de la

propiedad.

Western Systems Coordinating Council

ESTABILIZADOR SISTEMA POTENCIA

REG. VELOCIDAD TURBINA

REGULADOR DE TENSION

(AVR)

SISTEMA DEPOTENCIA

Modelos adicionales al generador sincrnico

PCO PMU SISTEMA

VCO

PSS

GENERADOR

CONTROLES

Diagrama de bloques funcional de un sistema de excitacin

VREF

REGULADOR DE VOLTAJE EXCITATRIZ

TRANSDUCTOR-COMPENSADOR POR CARGA

ESTABILIZADOR DEL SISTEMA DE EXCITACIN

It

Vt

EFDVR

VERR

VF

VS

+-

IFD

VS1ESTABILIZADOR DEL SISTEMA DE POTENCIA

Vc

GENERADOR Y SISTEMA DE POTENCIA

Diagrama de bloques modelo sistema excitacin tipo IEEE-DC1A

UPSS

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Verr 1+STc1+STb

1

1+STa

Vrmax

Vrmin

-

Ka

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VS H.VGATE

UV UR VR

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STe

Se[EFD]+Ke

EFD

VFE

+-

KfS

1+STfUF

VkX1X2X3

X4

-IT

VrefVT

11+STr

VC VIVerr

+X5

VC = VT+(RC+jXC)IT

VUEL

+

Diagrama de bloques modelo PSS

TWS1 + TWS K

(1 + T3S)(1 + T4S)

(1 + T1S)(1+T2S)

WashoutAdelantoAtraso 1

AdelantoAtraso 2

Ganancia

LH

LM

Vs

Pe W f Pacc

Posibles seales de

entrada

Registros reales

Registros reales

Funcin: amortiguar oscilaciones modulando el voltaje terminal

Objetivo: Provocar torque elctrico en fase con el desvo de velocidad, en una determinada franja de frecuencias (torque de amortiguamiento)

Seal de entrada: Variacin asociada a la parte mecnica (Pe, f, w, Pa, , o una combinacin de estas seales)

Estabilizador del Sistema de Potencia PSS

Gaden, en 1947: ajuste del AVR para amortiguar oscilaciones;

Aos 60, el voltaje terminal en fase con la frecuencia: base de la accin de los PSSs;

Aos 70 De Mello y Ontario Hydro: proponen usar potencia acelerante (Pac) como seal de entrada.

PSS - Historia

Modos de alta frecuencia, inestables para PSS derivados de la frecuencia y velocidad, y pueden desestabilizar el modo de la excitatriz (2,5 - 4,0 Hz );

Variacin de la potencia reactiva en las toma de carga activa. Solucin: estructura y filtro rastreador de rampa.

Ajuste poco robusto (carga y topologa) con PSS derivado de la frecuencia;

Oscilaciones de presin (cavitacin en turbinas Francis)

Problemas operativos de diferentes tipos de PSS.

Interaccin con modos lentos del regulador de velocidad

Sobre-tensiones en situaciones de sub-frecuencia

Bajo amortiguamiento de modos con frecuencia elevada.

Restringe uso en modos inter-rea y cavitacin

El "reset" atena el problema pero no lo resuelve;

Necesita seales con gran rechazo a bajas frecuencias;

Requiere de seleccin de criterios de variables y niveles de bloqueo y reconexin;

Requiere de la atenuacin a altas frecuencias

Problemas operativos de diferentes tipos de PSS.

Aos 70 De Mello y Ontario Hydro: proponen usar potencia acelerante (Pac) como seal de entrada

1983, 1a aplicacin en planta hidroelctrica: Salto Osrio, Brasil

1988, Filtro rastreador de rampa: adoptado por la Ontario Hydro

PSS - Historia

1989, PSS Pac instalado en varias plantas brasileas.

1990, cambio para PSS Pac en las principales plantas del Brasil

1994, 1os PSS Pac en Colombia, en Chivor

1996, PSS Pac en las plantas del sistema argentino

1998, PSS Pac en Colombia, en Chivor 2da etapa;

Pac: mundialmente aceptada como la estructura capaz de presentar amortiguamiento en una franja ancha de frecuencias, sin provocar efectos colaterales como los PSS derivados de la potencia elctrica o frecuencia

PSS - Historia

Estudios realizados por el C.N.D. Mediante el anlisis modal, y sin los controles de las unidades de

generacin, se identifican los modos de oscilacin naturales del sistema. Se caracterizan los modos de oscilacin de menor amortiguamiento Se validan los modos mediante simulaciones en el tiempo Se realizan continuamente estudios (por los cambios topolgicos)

procurando medidas operativas para mejorar el amortiguamiento natural del Sistema Interconectado Nacional.

Se realizan estudios para la sintonizacin en forma coordinada de los dispositivos de control existentes.

Las soluciones definitivas exigen inversiones en equipos de control (PSS).

Los estudios de conexin establecen que las unidades nuevas deben tener PSS.

Estos estos equipos se deben conectar atendiendo las recomendaciones de ajuste del CND.

Los modelos de los equipos de control de los generadores requieren normalizacin.

El ajuste realizado por el fabricante usualmente no tiene en cuenta la interaccin con el Sistema Interconectado Nacional.

Estudios realizados por el C.N.D.

Modo 292Frecuencia 0.64 Hz

: 2.697 %-0.44-0.35 -0.33 -0.29 -0.29

-0.2 -0.2

0.22 0.22

0.42 0.44

1

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

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5

Perodo 19 - Lunes marzo 26 de 2001Condicin Original: lnea S.Carlos-Barbosa y dos

unidades de S.Carlos conectadas a Antioquia4 unds de S.Carlos + 3 Plys + 2 Gtps conectadas

rea S.Carlos+MglenaMedio

Anlisis Modaltopologa marzo 26

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