Sistemas de Control de Generadores Sincrónicos e Implementaciones en El EMTPATPDraw

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA

FACULTAD DE INGENIERIA

Sistemas de control de generadores sincrnicos

e implementaciones en el EMTP/ATPDraw

Autor: Oscar Gutirrez Estvez Matrcula: 48.976

Tutores: Ing. Patricia Arnera

Ing. Ral Bianchi Lastra

Sistemas de control de generadores sincrnicos e implementaciones en el EMTP/ATPDraw O. Gutirrez Estvez

ndice

INTRODUCCION........1 OBJETIVO....2 DESARROLLO DEL TRABAJO..........3 RESUMEN....4

CONCLUSION GENERAL........5

CAPITULO 1- MAQUINA SINCRNICA EN EL EMTP/ATPDraw

1.1-Introduccin........6 1.2-Hiptesis de modelado de la SM59 en el EMTP/ATP....7 1.3-Ecuaciones del modelo dqo en el EMTP/ATP.8 1.4-Ecuaciones de la parte mecnica de la SM59...11 1.5-Ingreso de datos de la SM59.........12

CAPITULO 2- SISTEMAS DE EXCITACIN SEGN ESTANDARES DE LA IEEE

2.1-Introduccin..........15 2.2-Sistemas de excitacin Tipo DC......17 2.2.1- Sistema de excitacin tipo DC1A........17

2.3-Sistemas de excitacin AC........18 2.3.1- Sistema de excitacin tipo AC5A.18 2.4-Sistemas de excitacin estticos........19 2.4.1- Sistema de excitacin tipo ST2A..19

CAPITULO 3- TACS (TRANSIENT ANALYSIS OF CONTROL SYSTEMS)

3.1-Introduccin..........20

3.2-Las funciones de transferencia....21

ndice de contenidos


3.3-Las funciones especiales...22

3.4-Las fuentes de TACS.......23 3.5-Constantes y variables internas predefinidas.....23 3.6-Funciones definidas en FORTRAN..24 3.7-Condiciones iniciales......24

3.8-Conexin entre el EMTP(Red) y el TACS(sistema de control) 25

CAPITULO 4- SIMULACIONES

4.1-Introduccin..........26 4.2-Simulaciones que implementan Mquinas sincrnicas SM59.....27 4.2.1-Cortocircuito en bornes de la Mquina sincrnica funcionando en vaco27 4.2.2-Mquina sincrnica con varias masas en el eje......30

4.2.3-Mquinas sincrnicas en paralelo.......36 4.3-Simulaciones que implementan Tacs.....40 4.3.1-Turbinas.40 4.3.2-Un rea aislada con control de velocidad y distintos tipos de turbinas....................41 4.3.3-Dos reas.......43

4.3.4-Dos reas con PSS y regulador de velocidad.......44 4.4-Simulaciones que implementan Mquinas Sincrnicas (SM59) y Tacs....45 4.4.1-Estudio de estabilidad transitoria con control de excitatriz.45

4.4.2-Control de frecuencia y tensin en bornes, ante prdida de carga.49 4.5- Sistema compuesto de 3 generadores sincrnicos con distintos sistemas de control, segn estndares de la IEEE. Comportamiento ante prdida de un

tramo de lnea ..53 4.5.1-Implementacin tipo 2, IEEE AC5A....57 4.5.2-Implementacin tipo 3, IEEE ST2A............57 4.5.3-Implementacin tipo 4, sistema de regulacin discontinua59 4.5.4-Simulaciones realizadas, con el sistema de 9 barras y tres generadores60

4.6- Conclusiones sobre las simulaciones realizadas..66

ndice de contenidos


ANEXO I- BLOQUES DE MEDICIN EN EL ATPDraw. ANEXO II- ARCHIVOS DE LAS SIMULACIONES IMPLEMENTADAS EN EL ATP. ANEXO III- OTROS SISTEMAS DE EXCITACION SEGN ESTANDARES DE LA IEEE. ANEXO IV- CD CON SIMULACINES. BIBLIOGRAFA.


INTRODUCCIN

A la ingeniera de los sistemas elctricos de potencia, le concierne la tecnologa de

generacin, transmisin y distribucin de la energa elctrica.

Parte del desarrollo y puesta en funcionamiento de esta tecnologa est abocada a los estudios

de estabilidad del sistema.

Se dice que un sistema elctrico de potencia es estable, cuando es capaz de mantener la

continuidad del servicio a pesar de las perturbaciones a las que eventualmente pueda estar

sometido. Existen muchos puntos de vista para juzgar la estabilidad, as se habla de

estabilidad de tensin, estabilidad trmica, de estabilidad transitoria, etc.

En este trabajo se pondr mayor atencin a la estabilidad de tensin, la cual es controlada

mediante los sistemas de excitacin de la corriente de campo de los generadores sincrnicos.

Tambin se observar la estabilidad transitoria, mediante la posicin relativa de los ngulos

de los rotores.

Para estudiar el comportamiento de las distintas variables en juego en el sistema, tales como

la tensin, la corriente, la potencia, los ngulos relativos de los rotores, etc, se har uso del

programa de simulacin computacional EMTP/ATPDraw.

Pg. 2


OBJETIVO

El objetivo del presente trabajo es desarrollar un conjunto de simulaciones de sistemas

elctricos de potencia que incluyan las mquinas generadoras, las cuales se puedan utilizar a

modo de referencia o de forma didctica para posteriores estudios. Existen diversos tipos de

estudios que se realizan en los sistemas elctricos de potencia, desarrollando modelos que se

adecuan al tipo de fenmeno a analizar. Paralelamente, diversos programas de clculo son

utilizados para la ejecucin de dichos estudios, en los cuales prevalecen ciertas herramientas

para determinados fenmenos.

En el caso de los estudios realizados sobre generadores, donde se desea explorar el modelo de

los mismos ante fenmenos transitorios del tipo electromecnico, existen varios programas de

clculo comerciales utilizados en forma generalizada en el sector elctrico nacional.

El objetivo planteado para este trabajo, ha sido explorar la simulacin de generadores

sincrnicos y sus sistemas de control de excitacin, ante fenmenos electromecnicos,

utilizando como herramienta de clculo un programa usualmente difundido en el estudio de

fenmenos transitorios electromagnticos.

La utilizacin de dicha herramienta, permitir observar la evolucin temporal de las variables,

pudiendo a su vez discriminar en cada fase los fenmenos a analizar.

Pg. 3


DESARROLLO DEL TRABAJO

Para poder entender las simulaciones del ltimo captulo se har una revisin de los distintos

modelos, componentes, y parmetros intervinientes en las simulaciones de sistemas de control

de generadores sincrnicos.

Para ello se resumir el modelo de mquina sincrnica utilizado (dqo) en las simulaciones,

considerando los aspectos elctricos, mecnicos y su implementacin en el ATPDraw.

Para poder realizar las simulaciones ser necesario ver las posibilidades de implementacin

que brinda el ATPDraw, en particular su mdulo para simulacin de sistemas de control

(TACS), sus distintos componentes y aspectos bsicos de funcionamiento.

Tambin se pasar inspeccin a los distintos tipos de sistemas de control de excitacin ms

utilizados y estandarizados segn la IEEE, se vern en forma sucinta las partes que los

componen y los distintos parmetros necesarios para su implementacin en las simulaciones.

Con toda esta informacin se desarrollar una serie de simulaciones, en donde se pone nfasis

en la obtencin de resultados de clculo computacional, y no en los fenmenos

electromagnticos que subyacen a las distintas perturbaciones producidas en las redes

elctricas implementadas.

Algunas simulaciones se desarrollaron a partir de problemas planteados en la ctedra de

Sistemas de Potencia de esta Facultad, otras considerando ejemplos de aplicacin del

RuleBook del EMTP y modificndolos para su uso en el ATPDraw, y por ltimo usando

artculos sobre simulaciones con el EMTP.

Pg. 4


RESUMEN

El trabajo aborda el problema de los sistemas de control y sus implementaciones en cuatro

captulos, a saber:

En el primer captulo se hace un breve repaso terico, de la dinmica de la mquina

sincrnica. Se tendr en vista cmo el ATPDraw debe simular este componente

(llamado por el programa SM59), ya sea una breve interpretacin de los datos de

entrada y los posibles datos de salida, como as tambin la necesidad de cargar ciertos

parmetros.

En el captulo dos se resumen y explican los distintos tipos de sistemas de control de

excitacin, segn estndares de la IEEE.

En el tercer captulo se estudia un mdulo perteneciente al EMTP, llamado TACS. El

mismo permite implementar dispositivos, tales como funciones de transferencia,

fuentes, funciones matemticas, etc, los cuales nos sern necesarios para crear

sistemas de control.

Por ltimo en el captulo cuatro, se implementarn tres grupos de simulacin, las

cuales sern:

Simulaciones donde se analiza el comportamiento de la mquina

sincrnica, sin sistemas de control.

Simulaciones donde se analizan distintos diagramas de control, en el

espacio de Laplace.

Y por ltimo sistemas de potencia de reducido tamao, en los cuales

se combinan los dos tipos de sistemas antes citados.

Pg. 5


CONCLUSIN GENERAL

De las simulaciones que se desarrollaron en el presente trabajo, se concluye que el ATPDraw

puede ser utilizado (con mucha versatilidad) en el estudio de sistemas de potencia donde se

observe con especial atencin la generacin de energa elctrica.

Pues este programa permite usar un modelo de generador sincrnico (dqo) que considera los

fenmenos internos de las mquinas, tales como los flujos concatenados entre el rotor y el

estator, la tensin del devanado del rotor o la velocidad del mismo. Adems es verstil en la

implementacin de casos ms complejos donde se pueden considerar mquinas con varias

masas o dos mquinas generando en paralelo.

Teniendo una sencilla forma de carga de parmetros (en la SM59) y conexin a distintos

dispositivos de la red elctrica.

Por otra parte la simulacin de sistemas de control es muy verstil, poseyendo una gran

variedad de bloques para construir plantas y lazos de control. Siendo muy similar a programas

tales como Simulink de MATLAB, donde se construyen los sistemas de control mediante

iconos y se los une con lneas usando el puntero del Mouse, esto permiti simular casos con

lazos de control y retroalimentaciones complejas como las dos reas con PSS y regulador de

velocidad del ltimo captulo.

Finalmente la simulacin conjunta de mquinas sincrnicas y sistemas de control es posible

de realizar con el ATPDraw, y en los ejemplos desarrollados se han explorado distintas

variables de topologas de redes y contingencias. Al momento de la simulacin se debe tener

especial cuidado en el paso de variables entre el TACS y el EMTP, como tambin considerar

adecuadamente las condiciones iniciales que deben estar correctamente definidas.

El ltimo ejemplo desarrollado, el de 9 barras y 3 mquinas con sistemas de control distintos,

que fue el de mayor tamao, nos muestra la creciente dificultad en la simulacin de redes con

muchas lneas o con gran nmero de mquinas generadoras.

Pg. 6


MQUINA SINCRNICA EN EL EMTP/ATPDraw

1.1-Introduccin La mquina sincrnica es el elemento ms importante de los sistemas de potencia, en ella se genera la energa elctrica que es inyectada a las redes de transmisin. Para poder realizar las simulaciones del captulo 4, ser necesario estudiar el modelo elctrico y mecnico de las mismas, como tambin su implementacin en el programa de simulacin. Para esto se describir como se modeliza e implementa, el generador trifsico sincrnico (componente SM59) en el ATPDraw. El icono que corresponde a dicho elemento es el mostrado en la figura 1.1:

Figura 1-1: Icono de la mquina sincrnica en el ATPDraw.

Como se muestra en la figura 1-1, la mquina sincrnica SM59 puede ser utilizada sin control o con control. En este ltimo caso las variables que pueden ser controladas son la potencia en el eje y la tensin de campo; tambin se pueden utilizar los nodos de control para pasar variable al modulo TACS. Los posibles tipos de valores y sus correspondientes variables asociadas son los siguientes:

Captulo 1

Pg. 7


0= Sin Control. 1= Eje-D corriente de armadura. Salida a TACS. 2= Eje-Q corriente de armadura. Salida a TACS. 3= Secuencia-Cero corriente de armadura. Salida a TACS. 4= Corriente del devanado de campo. Salida a TACS. 5= Eje-D corriente del devanado de amortiguamiento. Salida a TACS. 6= Corriente en el devanado de corriente inducida. Salida a TACS. 7= Eje-Q corriente del devanado de amortiguamiento. Salida a TACS. 8= Tensin aplicada al eje-D. Salida a TACS. 9= Tensin aplicada al eje-Q. Salida a TACS. 10= Tensin de secuencia cero. Salida a TACS. 11= Tensin aplicada al devanado de campo. Salida a TACS. 12= Fuerza magnetomotriz total en el entrehierro de la mquina. Salida a TACS. 13= ngulo entre las componentes de fuerza magnetomotriz en el eje Q y D. Salida. 14= Torque electromagntico de la mquina. Salida a TACS. 15= No usado. 16= Flujo concatenado en el eje-D. Salida a TACS. 17= Flujo concatenado en el eje-Q. Salida a TACS. 18= ngulo del Rotor. Salida a TACS. 19= Velocidad angular del rotor. Salida a TACS. 20= Torque en el eje del rotor. Salida a TACS. 21= Tensin de campo. Entrada de control. 22= Potencia mecnica. Entrada de control. 1.2-Hiptesis de modelado de la SM59 en el EMTP/ATP El EMTP/ATP utiliza para el componente SM59 el modelo de Park de mquina sincrnica, acoplado a un modelo mecnico de mltiples masas conectadas en tndem. Para la parte elctrica se consideran los siguientes devanados: Tres devanados de armadura de las fases A, B, C, conectados a la red. Estos se

encuentran desfasados geomtricamente 120. Un devanado de campo f, el cual produce el flujo en el eje directo. Un devanado hipottico kd, el cual representa el efecto de las barras amortiguadoras,

sobre el eje directo. Un devanado hipottico g, sobre el eje en cuadratura, el cual representa el efecto de las

corrientes inducidas en el hierro del rotor. Un devanado hipottico kq, el cual representa el efecto de las barras amortiguadoras,

sobre el eje en cuadratura. Por defecto los devanados de armadura son conectados en estrella, con posibilidad de conectar el neutro a tierra mediante una impedancia.

Pg. 8


Es posible conectar los devanados de armadura en tringulo, para lo cual se deber agregar en el ATP-file una lnea de comando con la sentencia DELTA CONNECTION, para mayores consideraciones al respecto remitirse al RuleBook Rb-80-LEC. Si el modelo de SM59 es controlable mediante TACS, las variables que se pueden modificar son la tensin del devanado de campo y la potencia mecnica en el eje del generador. Por defecto el EMTP considera que estas variables son constantes y sus valores tales que mantienen a la mquina en su estado estacionario inicial. La saturacin puede ser considerada, pero por defecto el EMTP considera una mquina sin saturacin. Para considerar la saturacin se debe leer el RuleBook Rb-80-LEC. La mquina puede ser considerada con cualquier nmero de masas en el eje del sistema. Por defecto la SM59 desde el ATPDraw considera solo la masa del generador, para adicionar las dems masas se debe modificar el ATP-file para ello leer el RuleBook Rb-80-LEC y tambin ver el ejemplo1 en dicho apartado. 1.3-Ecuaciones del modelo dqo en el EMTP/ATP La SM59 implementa el modelo dqo para modelar internamente a la mquina sincrnica. En la figura 1-2 se aprecia la disposicin de los tres devanados de armadura A, B, y C, desfasados geomtricamente 120, como tambin los devanados del rotor sobre el eje directo y el eje en cuadratura.

Figura 1-2: Sistema elctrico.

El anlisis elctrico de este conjunto de inductores acoplados nos conduce a dos sistemas de ecuaciones: Ecuaciones de tensin.

[ ] [ ][ ] [ ]dt

diRv l--=

Pg. 9


Donde: [ ] [ ]Tvfvcvbvav 0,0,0,,,, -= [ ] [ ]Tikqigikdificibiai ,,,,,,= [ ] [ ]Tkqgkdfcba llllllll ,,,,,,=

[ ]

=

RkqRg

RkdRf

RaRa

Ra

R

000000000000000000000000000000000000000000

Ecuaciones de flujo.

[ ] [ ][ ]iL .=l Donde la matriz [L] es funcin de la posicin del rotor. Dada la forma de las inductancias que componen la Matriz [L], se puede plantear una transformacin que resulte en un conjunto de ecuaciones diferenciales con parmetros constantes, en un nuevo sistema que llamaremos dqo. La transformacin a plantear es la siguiente:

[ ]

( )

( )

+

-

+

-

=

1000000010000000100000001000

00002

12

12

1

00003

23

2

00003

23

2

32

pq

pqq

pq

pqq

SinSinSin

CosCosCos

T

Su relacin con las variables en el sistema de fases A, B, C, es: Para los flujos

[ ]

=

-

cba

Toqd

lll

lll

.1

Pg. 10


Para las tensiones

[ ]

=

-

vcvbva

Tvovqvd

.1

Para las corrientes

[ ]

=

-

icibia

Tioiqid

.1

En el nuevo sistema transformado, las ecuaciones de tensin son:

-

+

-

-=

-

00000..

.

000000000000000000000000000000000000000000

000

dq

kqgkdfoqd

dtd

ikqigikdifioiqid

RkqRg

RkdRf

RaRa

Ra

vfvovqvd

lwlw

lllllll

Y las ecuaciones de flujos:

=

ikdifid

LkdLfkdLakdLfkdLfLafLakdLafLd

kdfd

.lll

=

ikqigiq

LkqLgkdLakqLgkdLgLagLakqLagLq

kqgq

.lll

ioLoo .=l Adems si los devanados de armadura se conectan en estrella y el neutro se une a tierra mediante una impedancia, se debe considerar la siguiente ecuacin:

dtdioLnioRnun .3.3 +=

Pg. 11


1.4-Ecuaciones de la parte mecnica de la SM59 La parte mecnica puede estar constituida por un gran nmero de masas rotantes todas solidarias a un mismo eje. Estas masas pueden ser las distintas etapas de una turbina de vapor, como la de alta presin (HP), presin intermedia (IP) y una o varias de baja presin (LP1). La masa del generador es siempre considerada por defecto, y tambin se podra adicionar si es que la hay la masa de la excitatriz. La figura 1-3 muestra este conjunto de masas acopladas mediante el eje del sistema.

Figura 1-3: Sistema mecnico.

Las ecuaciones de Newton aplicadas a este conjunto de masas acopladas nos conducen a las siguientes ecuaciones matriciales.

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ]excTgenTturbinaKdt

dDdt

dJ /22

-=++ qqq

Donde: El vector de posiciones angulares es [ ] [ ]nqqqqq ,,,3,2,1= El vector de velocidades angulares es

[ ] [ ]dt

d qw =

La matriz de momentos de inercia

[ ]

=

Jn

JJ

J

000....00200001

Pg. 12


La matriz de coeficientes de amortiguamientos

[ ]

+----

-++--+

=

DnnDnnDn

DDDDDDDD

D

,1,100....02323212120012121

La matriz de coeficientes de rigidez

[ ]

---

-+--

=

nKnnKn

KKKKKK

K

,1,100....023231212001212

Este tipo de modelo es til para mquinas trmicas cuando se realizan estudios de resonancia subsincrnica. No obstante en el caso de unidades hidrulicas el modelo que considera solo la masa del generador puede llegar a ser una suficiente aproximacin. En este caso las ecuaciones se reducen a:

TgenTturbinadtdD

dtdJ -=+ qq2

2

dtdq

w =

Finalmente la relacin entre las ecuaciones de la parte elctrica con los de la parte mecnica estn dadas por:

2/NPelecmec qq =

)..(2

idqiqdNPTgen ll -=

excifvfTexc

w.-

=

Donde NP es el nmero de polos. 1.5-Ingreso de datos de la SM59 Si bien en el modelo dqo las inductancias son constantes y estn perfectamente caracterizadas, no es posible obtenerlas directamente de ensayos sobre la mquina en forma externa. Por esto el EMTP permite que se ingresen los datos de fabricante en forma de reactancias sincrnica, transitoria, subtransitoria, constantes de tiempo, etc.

Pg. 13


Para ello el ATPDraw agrega una lnea de comando en el ATP-file con la instruccin PARAMETER FITTING, y si se desea introducir los parmetros en forma de inductancias como aparecen en las ecuaciones dqo esta lnea de comando debe ser suprimida. A continuacin se muestra como se ingresan los datos desde el ATPDraw. Los datos de entrada y nombres de los distintos nodos aparecern en una ventana como la mostrada en la figura 1-4.

Figura 1-4: Datos de ingreso y nombre de nodos de la SM59.

Los distintos parmetros que la mquina sincrnica requiere en el ATPDraw son: Volt= Tensin inicial en [V], en bornes de la mquina. Freq= Frecuencia [Hz]. Angle= ngulo inicial de la fase A en [deg]. Poles= Numero de Polos. SMOVTP= Factor de proporcionalidad de la potencia activa, usado con mquinas en paralelo. Si no hay mquinas en paralelo: SMOVTP=1. SMOVTQ= Factor de proporcionalidad de la potencia reactiva, usado con mquinas en paralelo. Si no hay mquinas en paralelo: SMOVTQ=1. RMVA= Potencia aparente nominal de la mquina en [MVA]. RkV= Tensin nominal de lnea de la mquina en [kV]. AGLINE= Corriente de campo en [A] la cual produce la tensin nominal de armadura sobre el eje-D. RA= Resistencia de armadura en [pu]. XL= Reactancia de dispersin de armadura en [pu]. Xd= Reactancia sincrnica en el eje-D en [pu]. Xq= Reactancia sincrnica en el eje-Q en [pu]. Xd'= Reactancia transitoria en el eje-D en [pu]. Xq'= Reactancia transitoria en el eje-Q en [pu]. Xd''= Reactancia subtransitoria en el eje-D en [pu]. Xq''= Reactancia subtransitoria en el eje-Q en [pu]. Tdo'= Constante de tiempo transitoria en el eje-D en [seg]. Tqo'= Constante de tiempo transitoria en el eje-Q en [seg]. Tdo''= Constante de tiempo subtransitoria en el eje-D en [seg]. Tqo''= Constante de tiempo subtransitoria en el eje-Q en [seg]. Xo= Reactancia de secuencia cero en [pu]. RN= Resistencia de neutro de puesta a tierra en [pu]. XN= Reactancia de neutro de puesta a tierra en [pu].

Pg. 14


XCAN= Reactancia de la caracterstica Canays en [pu]. HICO= Momento de inercia del rotor: En [millones pound-feet^2] si MECHUN=0.

En [millones kg-m^2] si MECHUN=1. DSR= Coeficiente de auto amortiguamiento del rotor, respecto de la velocidad relativa T=DSR(W-Ws): En [(pound-feet)/(rad./sec)] si MECHUN=0.

En [(N-m)/(rad./sec)] si MECHUN=1. DSD= Coeficiente de auto amortiguamiento del rotor, respecto de la velocidad absoluta T=DSD(W): En [(pound-feet)/(rad./sec)] si MECHUN=0.

En [(N-m)/(rad./sec)] si MECHUN=1. FM= 2: Constante de tiempo basadas en mediciones de corto circuito. MECHUN= 0: Unidades Inglesas.

1: Unidades del sistema mtrico.

Pg. 15


SISTEMAS DE EXCITACIN SEGN ESTANDARES DE LA IEEE

2.1-Introduccin En el captulo anterior se explico el modelo, e implementacin de la mquina sincrnica en el ATPDraw. El funcionamiento de esta sin un sistema que controle la tensin en sus bornes no se da en los sistemas reales. Pues ante perturbaciones en la red, la tensin podra variar mas halla de los lmites establecidos por seguridad y calidad de servicio. Corrindose el riesgo de tener tensiones muy elevadas las cuales daaran la aislacin de las instalaciones o tensiones muy reducidas que podran llevar el sistema a un colapso de tensin, por ello a continuacin se detallan estos sistemas y sus principales componentes. Los sistemas de excitacin tienen la funcin primordial de alimentar el devanado de campo de la mquina sincrnica. Estos incluyen funciones de control que permiten regular la tensin en bornes y el flujo de potencia reactiva, como as tambin mejorar la estabilidad del sistema ante eventuales fallas. En la figura 2-1 se muestran en diagramas de bloques, las principales partes de un sistema de control de excitacin de una mquina sincrnica.

Captulo 2

Pg. 16


Figura 2-1: Sistema de de control de excitacin.

Las funciones de los diferentes bloques, son las siguientes: Excitatriz:

Esta alimenta con potencia los devanados de campo de la mquina sincrnica. Regulador:

Este procesa y amplifica las seales de entrada de control, a un nivel y forma apropiada para poder manejar la excitatriz. Incluye regulacin y funciones de estabilizacin del sistema de excitacin (retroalimentaciones y compensadores de adelanto-atraso) Transductor de tensin y Compensador de carga:

El transductor mide la tensin en bornes del generador, la transforma, rectifica y filtra, suministrando una tensin continua que es proporcional a la tensin en bornes del generador. El compensador de carga permite regular la tensin en algn punto remoto a los terminales del generador, por ejemplo en los bornes de alta de un transformador elevador. En la figura 2-2 se observan los diagramas de bloques de estos dispositivos, la constante Tr es caracterstica del transductor de tensin (en general despreciable) y las constantes Rc y Xc son caractersticas del compensador de carga.

Figura 2-2: Diagrama de bloques del transductor de tensin y el compensador de carga.

PSS (Power system stabilizer):

Este provee una seal adicional de entrada que permite amortiguar las oscilaciones del sistema de potencia. Algunas seales comnmente usadas como entrada son, la desviacin de velocidad del rotor, la potencia acelerante, y las desviacin de la frecuencia. Limitador y circuitos de proteccin:

Este puede incluir un amplio arreglo de funciones de control y proteccin, las cuales aseguran que no se excedan las curvas lmite P-Q de la excitatriz, ni la de la mquina sincrnica.

Pg. 17


Algunas de las funciones comnmente usadas son, limitador de la corriente de campo, limitador mximo de excitacin, limitador de la tensin en bornes del generador, regulacin y proteccin Volt/Hertz, y limitador de baja excitacin. Hay tres grandes tipos de sistemas de excitacin dependiendo de que clase de excitatriz se utilice. A continuacin se detallan los sistemas de excitacin que sern usados en las simulaciones del captulo 4. Estos modelos de sistemas de excitacin son los recomendados por la IEEE. En el anexo 3 se detallaran otros sistemas de excitacin de uso difundido y tambin estandarizados por la IEEE. 2.2-Sistemas de excitacin Tipo DC. Los sistemas de excitacin de esta categora utilizan generadores de corriente continua como fuentes de potencia, para proveer la corriente al rotor de la mquina sincrnica a travs de anillos rozantes. La excitatriz puede ser impulsada por un motor o estar solidaria al eje del generador, y la alimentacin de sus campos puede ser auto-excitada o con excitacin independiente. Con los aos este tipo de mquina est siendo reemplazada por los sistemas AC o por los estticos. A continuacin se describe el sistema Tipo DC1A: 2.2.1-Sistema de excitacin tipo DC1A: Este modelo representado por el diagrama de bloques de la figura 2-3, de accin de regulacin de tensin continua, es usado para representar excitatrices con colector.

Figura 2-3: Sistema de control Tipo DC1A.

La seal de entrada a este modelo DC1A, es la seal de salida Vc del transductor de tensin y compensador de carga. La seal de tensin Vc se sustrae de la seal de referencia VREF. La seal de retroalimentacin estabilizante VF tambin se sustrae, y la seal Vs del PSS se adiciona. En estado estacionario estas dos ltimas seales son cero, quedando solamente el error de tensin terminal (VC-VREF). Luego la seal resultante es amplificada en el regulador de tensin. El bloque con constante de tiempo TA y ganancia KA, asociada con el regulador de tensin, incorpora limitadores, los cuales muestran tpicamente saturacin o limitaciones en el suministro de potencia del amplificador.

Pg. 18


El regulador de tensin utiliza fuentes de alimentacin independientes de los transitorios de la mquina sincrnica o fallas en la red. Las constantes TB y TC pueden usarse para modelar constantes de tiempo equivalentes inherentes en el regulador de tensin; no obstante estas constantes de tiempo son lo suficientemente pequeas como para ser despreciadas. La salida del regulador de tensin VR, es usada para controlar la excitatriz, la cual puede tener excitacin-independiente o puede auto-excitarse. Cuando el devanado de campo en paralelo es auto-excitado el valor de KE refleja el valor del restato en serie con el devanado de campo de la excitatriz. Para algunos casos el valor resultante de KE podra ser negativo. El trmino SE[EFD] es una funcin no lineal dependiente del valor de EFD. La salida del bloque de saturacin VX, es el producto de la entrada EFD y el valor de la funcin no lineal SE[EFD], y es la tensin de la excitatriz. Por ltimo una seal VF, derivada de la tensin de campo de la mquina sincrnica, es utilizada para proveer estabilidad al sistema de excitacin, mediante un lazo de realimentacin compuesto de una ganancia KF y una constante de tiempo TF. 2.3-Sistemas de excitacin AC. Los sistemas de excitacin de esta categora utilizan alternadores como fuentes de potencia para el rotor. En general esta suele estar en el mismo eje de la turbina. La salida de tensin alterna de la excitatriz es rectificada por un puente rectificador (controlado o no-controlado), el cual produce la corriente continua necesaria para el devanado de campo del generador. El puente rectificador puede ser estacionario o rotante. 2.3.1-Sistema de excitacin tipo AC5A: La figura 2-4 muestra este tipo de excitatriz, este es un modelo simplificado de los sistemas de excitacin tipo brushless. El regulador tiene una fuente de alimentacin, tal que las perturbaciones de la red no lo afectan. Este modelo puede ser usado para representar pequeos sistemas de excitacin. Se puede notar que este tipo sistema de control, no es como otros modelos AC; aqu se simula la saturacin tal cual se hace en los modelos DC. Este modelo ha sido usado ampliamente en la industria, algunas veces cuando no se disponen de datos de otros tipos de control de excitacin o se requieren modelos simplificados.

Pg. 19


Figura 2-4: Sistema de control Tipo AC5A.

2.4-Sistemas de excitacin estticos. En este sistema todos los componentes son estticos o estacionarios. El rectificador esttico (controlado o no-controlado) suministra la corriente continua a los devanados del rotor mediante anillos rozantes. La potencia del rectificador proviene de los bornes del generador mediante un transformador reductor de tensin, o en algunos casos mediante bobinados auxiliares en el generador. 2.4.1-Sistema de excitacin tipo ST2A: Algunos sistemas estticos utilizan seales de tensin y corriente de los bornes del generador para controlar la excitatriz. Este sistema de excitacin con puente rectificador y seales compuestas se muestra en la figura 2-5. Es necesario, para implementar la fuente de potencia de la excitatriz, utilizar una combinacin de los fasores de la tensin terminal VT y la corriente terminal IT. El valor de EFDMAX representa el lmite de la tensin de la excitatriz debido a la saturacin de los componentes magnticos (transformador) y TE es una constante de tiempo asociada con la inductancia de un devanado de control.

Figura 2-5: Sistema de control Tipo ST2A.

Pg. 20


TACS (TRANSIENT ANALYSIS OF CONTROL SYSTEMS)

3.1-Introduccin Para poder implementar en las simulaciones, los sistemas de control descriptos en el captulo anterior, ser necesario utilizar el modulo TACS que es parte del ATPDraw. Los TACS (Sistemas de Control para Anlisis de Transitorios), son componentes del EMTP que permiten implementar sistemas de control en forma general. Estos pueden ser utilizados en diversas funciones como: Sistemas de control Control de la excitacin y gobernacin de mquinas generadoras. Lazos de control de conversores electrnicos de potencia. Disparo de circuitos semiconductores de potencia Algoritmos de regulacin

Monitoreo de variables post-procesadas de la red Filtros analgicos y digitales Clculo de FFT Clculo de torques de motores o generadores Clculo de valores RMS de tensin y corriente Simula sistemas mecnicos y electromecnicos Respuestas no lineales Fuente multi-frecuencia o de frecuencia variable

Captulo 3

Pg. 21


Los sistemas de control se representan en general mediante diagramas de bloques, interconectando distintos tipos de elementos tales como funciones de transferencia, sumadores, limitadores, etc. La figura 3-1 es un tpico ejemplo.

Figura 3-1: Diagrama de bloques.

Los sistemas de control modelados en TACS y las redes elctricas son resueltos en forma separada en el tiempo por el EMTP. La salida, solucin de alguna variable de la red, puede ser usada como variable de entrada del TACS en un mismo paso de tiempo (Dt). En cambio la solucin de salida de una variable TACS solo ser considerada por algn elemento de la red un paso de tiempo despus. Esto se realiza de esta manera pues los sistemas de ecuaciones de TACS y RED son resueltos independientemente en cada paso de simulacin, la figura 3-2 muestra la interconexin entre ambos sistemas.

Figura 3-2: Intercambio de informacin entre la Red y el TACS.

Los datos son ingresados al ATPDraw mediante Bloques con parmetros en el dominio de Laplace, aunque los resultados nodo a nodo estn dados en el dominio del tiempo. Los nodos y nombres de variables pueden tener hasta 6 caracteres. La conexin entre bloques puede ser arbitraria. 3.2-Las funciones de transferencia La figura 3-3 muestra como se pueden obtener ests, desde los mens desplegables del ATPDraw.

Pg. 22


. Figura 3-3: Funciones de transferencia desde el ATPDraw.

La funcin de transferencias general, permite mediante el ingreso de polos y ceros construir cualquier planta hasta orden 7. Como casos particulares de esta se pueden obtener integradores, derivadores, constantes, filtros pasa altos y pasa bajos. Esta funcin tambin permite el ingreso de lmites, como se observa en la figura 3-4.

Figura 3-4: Ingreso de datos de la funcin de transferencia general.

3.3-Las funciones especiales Hay 17 funciones especiales para las cuales se deben suministrar solamente los parmetros. Para conocer el detalle de cada una lase el RuleBook RB-03A. En la figura 3-5 se muestran los iconos de estas funciones especiales como se observan desde el ATPDraw.

Pg. 23


Figura 3-5: Funciones especiales.

3.4-Las fuentes de TACS Hay distintos tipos de fuentes definidas en el ATPDraw, y otras que se pueden obtener con sentencias de FORTRAN, tambin se pueden pasar variables desde la red y utilizarse como fuentes, las interfases entre TACS y RED se explicaran ms abajo.

Figura 3-6: Distintos tipos de fuentes en TACS.

3.5-Constantes y variables internas predefinidas TIMEX =Simula el tiempo en segundos (comienza en cero) ISTEP = Nmero de pasos de simulacin (desde que la simulacin comienza) DELTAT = (TIMEX = ISTEP *DELTAT) FREQHZ = Frecuencia en Hz. OMEGAR = 2 *PI* FREQHZ (unidades rad/seg) ZERO = 0.0

Pg. 24


MINUS1 = -1.0 PLUS1 = 1.0 UNITY = 1.0 (use PLUS1) INFTY= (numero muy grande en relacin a el sistema de computadora) PI = 3.14159 3.6-Funciones definidas en FORTRAN El dispositivo FORTRAN1 mostrado en la figura 3-6, permite definir y combinar funciones de FORTRAN dentro del TACS. Los operadores aritmticos que se pueden usar son: +, - , *, /, **

Operadores relacionales: .EQ., .NE., .LT., .LE., .GE., .GT. Las salidas de estos operadores son binarias (0 o 1)

Funciones FORTRAN: SQRT, ABS, EXP, LOG, LOG10 SIN, COS, TAN, COTAN (argumentos en radianes) ASIN, ACOS, ATAN (respuesta en radianes) SINH, COSH, TANH

Funciones especiales: TRUNC, MINUS, INVRS RAD, DEG, NOT SIGN (-1 para nmeros negativos, +1 para positivos o cero) SEQ6, RAN (generador de nmeros aleatorios)

Se pueden combinar las funciones por ejemplo SQRT(ABS(INVRS(X) ) ), pero no se pueden usar funciones del tipo GOTO, IF, DO, SUBROUTINE, o FUNCTION que son tpicas del cdigo de algoritmos para FORTRAN. 3.7-Condiciones iniciales En algunas simulaciones es necesario un conjunto de condiciones iniciales, tales que le permitan a ciertos dispositivos (como la SM59) comenzar a t=0 desde un estado estacionario. Las salidas de TACS o de la RED son cero a menos que se especifique otro valor. Algunos dispositivos que pueden requerir condiciones iniciales son los siguientes: Integradores o funciones de transferencia de alto orden. Expresiones FORTRAN. Dispositivos tipo 50, 51, 52, etc. Fuentes tipo pulso o rampa. Fuentes donde no se especifica su valor a t=START, o es cero.

Pg. 25


3.8-Conexin entre el EMTP(Red) y el TACS(sistema de control) Para que la conexin se pueda realizar el nombre de la variable TACS debe coincidir con la del nodo de la red. En la figura 3-7 se observa el men desplegable desde el cual se definen los parmetros y el icono usado en el ATPDraw. Considrese que las variables son pasadas desde el tiempo T_sta hasta el tiempo T_sto, si se llena ambos casilleros con 0 las variable sern pasadas durante toda la simulacin. Hay cuatro tipos de variables a ser pasadas: Type 90: Nodo de tensin. Type 91: Switch de corriente. Type 92: Variable interna para o desde algn dispositivo especial del EMTP (ejemplo

SM59). Type 93: Control de Switch (Output = 0 si switch esta abierto y 1 si switch esta

cerrado).

Figura 3-7: Interfase entre la Red y el TACS.

Pg. 26


SIMULACIONES

4.1-Introduccin En este ltimo captulo se expondrn una serie de simulaciones, las cuales irn aumentando su complejidad de un caso a otro. Todas han sido pensadas para poder simularse desde el ATPDraw. Slo en dos simulaciones que pertenecen al grupo de Simulaciones que implementan Mquinas sincrnicas SM59, se deber agregar algunas sentencias de cdigo en el Edit ATP-file y luego ejecutarlas con el comando run ATP. Se distinguirn tres tipos de simulaciones: Simulaciones que implementan Mquinas sincrnicas SM59. Simulaciones que implementan TACS.

Simulaciones que implementan Mquinas Sincrnicas (SM59) y TACS.

Captulo 4

Pg. 27


4.2-Simulaciones que implementan Mquinas sincrnicas SM59 4.2.1-Cortocircuito en bornes de la Mquina sincrnica funcionando en vaco En esta primera simulacin se observaran las corrientes de cortocircuito de una mquina sincrnica funcionando en vacio, las caractersticas de la mquina son: Sn =100MVA Xd =1,93 Xq =1,77 Tdo =5,2 Tqo =0,81 Un =10 KV Xd =0,23 Xq =0,5 Tdo=0,026 Tqo=0,027 Fn =50 Hz Xd=0,193 Xq=0,3 Xl =0,17 Rs =0,0107 Numero de polos =2 H=3,74KWs/KVA En la figura 4-1 se aprecia el diagrama del sistema como se observa en el ATPDraw y los datos de entrada de la mquina sincrnica, el significado de los distintos parmetros ya fue comentado en el captulo 2.

Figura 4-1: Representacin en el ATPDraw y datos de entrada de la SM59.

Notar que, en el sistema mtrico (se debe poner MECHUN=1): Para la constante de inercia en [millones kg-m^2]

22 .2.

baseSbaseHWR

w=

Para la constante de elasticidad [(N-m)/(rad./sec)]

baseSbaseKuK

w.

=

En cambio, en el sistema Ingles (se debe poner MECHUN=0): Para la constante de inercia en [millones pound-feet^2]

7304,23*.2.2

2

baseSbaseHWR

w=

Para la constante de elasticidad [(pound-feet)/(rad./sec)]

Pg. 28


73756,0*.baseSbaseKuK

w=

Donde: H =Es la constante de inercia en [s] Sbase =La potencia base trifsica en [MVA] Wbase=2*Pi*fn=La velocidad angular base en [Rad/s] Ku =La constante de elasticidad en [pu de Torque/Rad] El transitorio que se observa es un cortocircuito simtrico a tierra, en bornes del generador, producido a T=0. La mquina empieza a funcionar desde un estado estacionario de velocidad constante en vacio. En la figura 4-2 se puede apreciar la corriente de armadura en cada una de las tres fases.

Corriente en la fase A Corriente en la fase B

Corriente en la fase C

Figuras 4-2: Corrientes en las tres fases.

En general la corriente de corto circuito tendr dos componentes caractersticas: Una componente de corriente alterna (50Hz), la cual decae inicialmente muy

rpidamente (en pocos ciclos) sumada a una componente relativamente lenta que decae (en algunos segundos) hasta el estado estacionario.

Una componente de corriente continua, la cual decae en varios ciclos. El transitorio de la mquina sincrnica es similar al caso de una falla trifsica en un circuito RL serie con fuente de tensin fija, como se puede observar en la figura 4-3. Una implementacin de este circuito se observa en la figura 4-4, en ella tambin se detallan los parmetros que deben ser cargados.

Pg. 29


Figura 4-3: Corriente en la fase A.

Figura 4-4: Comparacin con fuente de tensin fija y circuito RL serie.

No obstante si se observan las figuras 4-3, se aprecia que con el paso del tiempo la mquina sincrnica va reduciendo mas rpidamente su componente de corriente alterna de armadura, en cuanto la fuente fija estabiliza su corriente ms rpidamente. Este efecto es debido a que la tensin interna de la mquina sincrnica no es constante y se reduce de distintas maneras conforme el flujo concatenado del devanado del rotor va decayendo. Por otro lado la componente de continua tiene diferentes magnitudes en las tres fases y decae con la constante de tiempo de armadura Ta. Por otro lado se muestra la corriente de campo del devanado del rotor en la figura 4-5. Esta tambin consiste de una componente unidireccional y una componente alterna, la primera tiene relacin con la componente alterna del estator y la segunda con su componente directa.

Figura 4-5: Corriente por el devanado de campo del rotor.

Finalmente se muestra en la figura 4-6 la desviacin por unidad de la velocidad del rotor, la cual tiene relacin directa con la frecuencia de la mquina. Como es de esperar esta cae debido al aumento abrupto de la carga.

Pg. 30


Figura 4-6: Desviacin de la velocidad en p.u.

4.2.2-Mquina sincrnica con varias masas en el eje. En este caso se simula un generador sincrnico conectado a un sistema de potencia. Este consiste de un transformador, una lnea de transmisin compensada con un capacitor serie, y un sistema infinito. Se produce una perturbacin, para ver la evolucin de distintas variables, que consiste de una apertura (t=0,1s) y cierre (t=0,266s) del interruptor en bornes del transformador. En la figura 4-7 se observa el sistema completo, junto con los parmetros de la lnea.

Figura 4-7: Mquina sincrnica con varias masas conectadas a un sistema radial.

Los parmetros de la mquina sincrnica y la inercia de las masas rotantes se detallan a continuacin: Sn =892,4MVA Xd =1,790 Xq =1,710 Tdo =4,3 Tqo =0,850 Un =26 KV Xd =0,169 Xq =0,228 Tdo=0,032 Tqo=0,050 Fn =50 Hz Xd=0,135 Xq=0,200 Xl =0,130 Rs =0 Numero de polos =2 Xo =0,130 Xcan=Xl(Xcanays no conocida) Los parmetros de las distintas masas rotantes son: Masa Torque(fraccin) Inercia(seg) Constante de elasticidad(pu/rad) HP (T1) 0,30 0,0928970 19,303 IP (T2) 0,26 0,1555890 34,929 LPA(T3) 0,22 0,8586700 52,038 LPB(T4) 0,22 0,8842150 70,858 GEN 0,8684950 2,822 EXC 0,0342165

Pg. 31


La figura 4-8, nos muestra la disposicin de las 6 masas solidarias a un mismo eje. Son las etapas de una turbina de vapor, consistentes de una etapa de alta presin(HP), una etapa de presin intermedia(IP), y dos etapas de baja presin(LPA y LPB), en ellas se desarrolla el torque que impulsa al generador y su excitatriz.

Figura 4-8: Disposicin de las distintas masas y torques. A continuacin se muestra en la figura 4-9, la implementacin desarrollada en el ATPDraw. Se debe considerar, para que el EMTP simule una SM59 con varias masas en el eje, el agregado de las siguientes lneas de comando en el ATP-file (ver RuleBook Rb-80-LEC): PARAMETER FITTING 2. 6 5 50 2 1. 1. 892.4 26. 1800. BLANK .13 1.79 1.71 .169 .228 .135 .2 4.3 .85 .032 .05 .13 .13 1 0.30 0.0276843 33.70161 2 0.26 0.0463672 60.98344 3 0.22 0.2558931 90.85449 4 0.22 0.2635058 123.7128 5 0.2588211 4.927003 6 0.0101969 50. BLANK

Figura 4-9: Implementacin en el ATPDRAw.

Algunos clculos relevantes que se deben realizar para cargar los parmetros son: La tensin de la fuente de la barra infinita es: 500KV con una fase de 0 y una frecuencia de 50Hz, como el EMTP necesita valores fsicos (y no RMS) se debe calcular para la amplitud:

408248.29V32*500 == KVAmp

La tensin inicial del generador es 1,05pu (en la base de 26KV) y su fase inicial 36,5 (en la fase A), por ello su amplitud resulta en:

Pg. 32


22290.35V32*26*05,1 == KVVolt

Para el transformador se deben calcular, las reactancias en ohm, la reactancia del primario es:

W== 01,144,892

500*21,0 2Xh

Y la del secundario:

W== 1136,04,892

26*21,0*3

2

Xl

Los parmetros de la lnea estn dados por unidad, por lo cual deben ser llevados a ohm por medio de la impedancia base del generador:

W== 143,2804,892

5002Zbaseh

Por ltimo las constantes de inercia y el coeficiente de elasticidad de las masas rotantes se deben recalcular con: Para la constante de inercia en [millones pound-feet^2]

7304,23*.2.2

2

baseSbaseHWR

w=

Para la constante de elasticidad [(pound-feet)/(rad./sec)]

73756,0*.baseSbaseKuK

w=

Los parmetros como se los carga desde el ATPDraw se pueden observar en la figura 4-10.

Figura 4-10: Parmetros de los principales componentes.

A continuacin se muestran distintas variables calculadas en la simulacin: La tensin en bornes del generador se observa en la figura 4-11. Se aprecia que en t=0,1s esta se incrementa levemente y luego a t=0,266, cuando la mquina se reengancha al sistema, esta empieza a fluctuar.

Pg. 33


Figura 4-11: Tensin en bornes.

La figura 4-12 muestra la corriente que sufre una perturbacin mucho mayor, cuando la mquina se desengancha del sistema esta cae a cero y luego a t=0,266s su valor crece a varias veces el de estado estacionario.

Figura 4-12: Corrientes en las tres fases.

La corriente de campo no est controlada y su evolucin se observa en la figura 4-13.

Figura 4-13: Corriente de campo.

Pg. 34


Algunas de las variables internas de la mquina sincrnica pueden ser pasadas al TACS y desde este realizar operaciones matemticas, este es el caso del ngulo de potencia el cual puede ser calculado de la siguiente manera mediante (una sentencia FORTRAN): ANGULO=(TITA-OMEGAR*TIMEX-PI/2.)*180/PI En la figura 4-14 se observa el ngulo de potencia, calculado en grados, usando TACS.

Figura 4-14: ngulo de potencia en grados.

De manera anloga a la anterior se puede calcular la potencia generada por la mquina sincrnica, usando la siguiente sentencia FORTRAN: PG=TQ*OMEGA Las variables TQ y OMEGA son pasadas al TACS como variables internas, por medio de los nodos de la SM59 y utilizando el dispositivo EMTP_OUT, este se halla en el men de TACS como coupling to circuit se debe cargar el valor TYPE 92, para que sea considerado una variable interna de la mquina sincrnica. En la figura 4-15 se observa la potencia del generador como resultado de este clculo.

Figura 4-15: Potencia en bornes del generador.

Pg. 35


A continuacin se observan, en las figuras 4-16, 4-17 y 4-18, distintas variables relacionadas con las masas rotantes.

Figura 4-16: ngulos de las distintas masas rotantes.

Figura 4-17: Velocidades de las distintas masas rotantes.

Figura 4-18: Torques de las distintas masas rotantes.

Pg. 36


4.2.3-Mquinas sincrnicas en paralelo Esta simulacin consta de dos mquinas sincrnicas generando en paralelo. Conectadas a un sistema de potencia que consiste de un transformador, una lnea de transmisin, y una barra infinita. A tiempo t=0,3s se produce un cortocircuito trifsico simtrico a tierra en bornes del transformador, y a t=0,32s se despeja el mismo. Se observa la evolucin de distintas variables elctricas y mecnicas.

Figura 4-19: Dos mquinas sincrnicas en paralelo, conectadas a un sistema de potencia.

La implementacin de esta simulacin en el ATPDraw se observa en la figura 4-20.

Figura 4-20: Sistema con dos mquinas sincrnicas en paralelo en el ATPDraw.

Los parmetros de las mquinas sincrnicas son: Para la mquina 1 Sn = 90 MVA Xd =1,200 Xq =0,700 Tdo =6,240 Tqo =0 Un =13,8 KV Xd =0,350 Xq =0,700 Tdo=0,032 Tqo=0,060 Fn = 50 Hz Xd=0,250 Xq=0,230 Xl =0,220 Rs =0,038 In(field)=280A Npolos =8 Xo =0,150 Xcan=Xl(Xcanays no conocida) H = 4,5s Para la mquina 2 Sn =76 MVA Xd =1,150 Xq =0,685 Tdo =5,850 Tqo =0 Un =13,8 KV Xd =0,310 Xq =0,685 Tdo=0,036 Tqo=0,073 Fn =50 Hz Xd=0,210 Xq=0,182 Xl =0,175 Rs =0,004 In(field)=250A Npolos =8 Xo =0,132 Xcan=Xl(Xcanays no conocida) H = 5,7s

Pg. 37


Ambas mquinas tienen el devanado de armadura conectado en estrella, con el centro puesto solidamente a tierra. En la figura 4-21 se observa como se cargan los parmetros en referencia a la fraccin de potencia activa y reactiva que cada una inyecta al sistema.

Figura 4-21: Proporcin de potencias suministradas por cada mquina.

Se debe considerar, para que el EMTP simule dos SM59 en paralelo, el agregado de las siguientes lneas de comando en el ATP-file (ver RuleBook Rb-80-LEC): C --- Mquina sincrnica 1 59GENA 11718.36 50. 34. GENB GENC PARAMETER FITTING 2. 1 1 0 8 .55 .55 90. 13.8 280. BLANK .038 .22 1.2 .7 .35 .7 .25 .23 6.24 0.032 .06 .15 .22 1 1.0 3.116092 BLANK 11 21 31 41 51 BLANK FINISH PART C --- Mquina sincrnica 2 PARAMETER FITTING 2. 1 1 0 8 .45 .45 76. 13.8 250. BLANK 0.004 .175 1.15 .685 .31 .685 .21 .182 5.85 0.036 .073 .132 .175 1 1.0 3.333065 BLANK

En estado estacionario el sistema tiene las siguientes condiciones de operacin: Tensin en la barra infinita 1 pu (en la base de 220KV) y fase de 0. Tensin en los bornes del generador 1,04pu (en la base de 13,8KV) y fase 0.

En la figura 4-22 se muestra la evolucin del ngulo del rotor luego de producida la falla. Se observa que en ambos casos este es estable, puesto que pasado el transitorio inicial, el mismo tiende nuevamente a un valor constante.

Pg. 38


Figura 4-22: ngulos en la mquina 1 y 2.

En las figuras 4-23 y 4-24, 4-25 se observa la evolucin de la tensin, la corriente en bornes de la mquina, y la corriente de campo momentos despus de producida la falla (t=0,3s).

Figura 4-23: Tensin en bornes.

Figura 4-24: Corrientes en las tres fases.

Pg. 39


Figura 4-25: Corrientes de campo de ambas mquinas.

Las figuras 4-26 y 4-27, muestran la velocidad en valores relativos (la cual coincide con la frecuencia en valores relativos) y la potencia en bornes de ambas mquinas. Estas curvas fueron calculadas usando sentencias FORTRAN dentro del mdulo de TACS, tal cual se describi en el ejemplo anterior.

Figura 4-26: Cambio relativo de las velocidades.

Figura 4-27: Potencia en ambas mquinas.

Pg. 40


4.3-Simulaciones que implementan Tacs 4.3.1-Turbinas A continuacin se muestran simulaciones implementadas solamente en TACS, estas son muy semejantes a las que se pueden realizar en MATLAB con el modulo SIMULINK. La figura 4-28, muestra en diagrama de bloques distintas funciones de transferencia en el espacio de Laplace. Estas funciones de transferencia, representan distintos tipos de turbinas.

Figura 4-28: Simulacin de 3 tipos distintos de turbinas.

En esta simulacin se implementa la transferencia de una turbina trmica, una trmica con recalentamiento y una hidrulica. La figura 4-29 muestra como se deben cargar los datos de las funciones de transferencia y de la fuente de escaln tipo DC11.

Figura 4-29: Datos a cargar en el ATPDraw.

Los resultados obtenidos de la simulacin se observan en la figura 4-30, se aprecia que la turbina con recalentamiento tiene una constante de tiempo mucho mayor que la sin recalentamiento. Tambin se observa que la turbina hidrulica inicialmente responde en forma

Pg. 41


negativa, por lo que este ser un sistema de no mnima fase, el cual necesitar un compensador para que su comportamiento sea estable.

Figura 4-30: Respuestas de las distintas turbinas, ante un escaln.

4.3.2-Un rea aislada con control de velocidad y distintos tipos de turbinas A continuacin se realiza una simulacin algo ms compleja, la cual implementa funciones de transferencia y fuentes de escaln. Se simulan reas aisladas con distintas mquinas de impulso e interesa la respuesta de la frecuencia ante aumento de carga del 5%. En este caso los lazos estn retroalimentados negativamente a travs de la constante 1/R. Los parmetros no se muestran, pero la simulacin est disponible en el Anexo II.

Figura 4-31: rea aislada con distintas mquinas de impulso.

Pg. 42


Se observa en la figura 4-32, que en los tres casos la frecuencia cae o sea la velocidad de la mquina se reduce. Esto es lo que debe suceder siempre que la carga aumente y la mquina no posea regulador primario de frecuencia.

Figura 4-32: Frecuencia.

En la figura 4-33, se puede apreciar la evolucin de la potencia mecnica de la mquina de impulso. En los tres casos esta crece e iguala al incremento de potencia elctrica, esto para que la diferencia sea cero y con ella la frecuencia vuelva a un valor constante.

Figura 4-33: Potencias.

Pg. 43


4.3.3-Dos reas La siguiente simulacin muestra dos reas iguales interconectadas mediante una lnea de rigidez elctrica T12=0,91 (este parmetro nos indica cuan slida es la vinculacin entre las reas mediante la lnea). Se produce una perturbacin en escaln en el rea 2 y se observa la evolucin de la potencia entre las reas y la frecuencia en cada una de ellas. La figura 4-34 muestra el diagrama de bloques que representa a las reas interconectadas, los parmetros de la simulacin se visualizan en la misma figura.

Figura 4-34: Diagrama de bloques de dos reas interconectadas.

La figura 4-35 muestra la cada en la frecuencia en ambas reas, se puede observar que estas adems tienen montado un ripple, correspondiente a un modo de oscilacin inter-rea.

Figura 4-35: Frecuencias.

En la figura 4-36 se observa el escaln de la perturbacin, y la consiguiente oscilacin de potencia entre el rea 1 y el rea 2. La forma de amortiguar rpidamente estas oscilaciones de potencia se logra mediante el empleo de PSS (Power System Stabilizer), la siguiente simulacin incorpora este dispositivo.

Pg. 44


Figura 4-36: Potencia transferida entre las reas.

4.3.4-Dos reas con PSS y regulador de velocidad Esta simulacin incorpora todos los dispositivos mostrados en las anteriores, en ella se simulan dos reas, cada una con regulacin de velocidad, interconectadas a travs de una lnea de rigidez elctrica T12. Adems se incorpora un PSS el cual tiene por finalidad amortiguar las oscilaciones de potencia, que se producen en la lnea que interconecta ambas reas. La figura 4-37 muestra la implementacin de esta simulacin en el ATPDraw.

Figura 4-37: Dos reas con control de velocidad y PSS implementadas en el ATPDraw.

Pg. 45


En la figura 4-38 se visualiza, el escaln de la perturbacin, la evolucin de la potencia en las mquinas de impulso de cada rea. Como as tambin el rpido amortiguamiento en la potencia inter-reas P12, esto ltimo debido a la incorporacin del PSS.

Figura 4-38: Potencias.

La figura 4-39 muestra la evolucin en la frecuencia de cada rea.

Figura 4-39: Frecuencias en ambas reas.

4.4-Simulaciones que implementan Mquinas Sincrnicas (SM59) y TACS 4.4.1-Estudio de estabilidad transitoria con control de excitatriz Se analiza la estabilidad transitoria del sistema mostrado en la figura 4-40, la variable que nos muestra la estabilidad de la mquina sincrnica es el ngulo de potencia. Cuando este ngulo crece indefinidamente, significa que el generador ha perdido el sincronismo. La perturbacin que se produce, es una apertura y recierre del interruptor en bornes del generador. En esta simulacin el generador posee un sistema de control de excitatriz tipo IEEE DC1A.

Pg. 46


Figura 4-40: Sistema de potencia de dos barras y una lnea.

La figura 4-40 aparte de mostrar el diagrama unifilar de la red, muestra los valores de tensin y potencia en estado estacionario, los cuales sern las condiciones iniciales de la simulacin. Por otro lado, los parmetros de la mquina sincrnica utilizados son: Sn = 100 MVA Xd =1,93 Xq =1,77 Tdo =5,2 Tqo =0,81 Un = 10 KV Xd =0,23 Xq =0,50 Tdo=0,026 Tqo=0,027 Fn = 50 Hz Xd=0,193 Xq=0,30 Xl =0,17 Rs =0,0107 In(field)=100A Npolos =2 Xo =0,179 Xcan=Xl(Xcanays no conocida) H = 3,74s El sistema de control de la mquina sincrnica es del tipo IEEE DC1A, el funcionamiento del mismo se describe en el captulo 3. El esquema de la implementacin utilizada en esta simulacin se observa en la figura 4-41.

Figura 4-41: Sistema de control tipo IEEE DC1A.

Los valores de los parmetros del sistema de control son los siguientes: TR = 0,003 s KF = 0,092 KE = -0,06 SE(EFD) = A.exp(B.EFD) KA= 50 TF = 1,16 s TE = 0,57 s A = 0,00008 TA = 0,02 s VREF = 1,0 TB=TC=0 B = 2,1 A continuacin en la figura 4-42, se observan todos los elementos de la simulacin tal cual se aprecian desde el ATPDraw. El nodo de control de la SM59 debe ser seteado como tipo 21 desde su icono en el ATPDraw. La variable EFD (la cual es la salida del sistema de control) debe ser multiplicada, mediante

Pg. 47


un bloque multiplicativo MULTVF. Esto se debe hacer pues la tensin en bornes es 1pu si la entrada de control es 1 en vacio, como la simulacin es bajo carga, el factor multiplicativo se obtiene del cociente de la fem de la SM59 en vacio sobre la fem de la SM59 bajo carga en estado estacionario.

Figura 4-42: Sistema de potencia de dos barras con sistema de control en el ATPDraw.

La velocidad w, el ngulo DELTA del rotor, la potencia PG, la tensin en bornes Vgen y la corriente de campo IF son pasadas al TACS mediante sentencias FORTRAN tal como se describi en el ejemplo de Mquina sincrnica con varias masas en el eje. En la figura 4-43 se observa la velocidad en valores por unidad, que es igual a la frecuencia en valores por unidad. La perturbacin producida es, la separacin del generador de la red en t=0,001s y el posterior recierre en t= 0,41766. En dicha figura se puede observar que mientras el generador gira en vaco la frecuencia aumenta linealmente, esto se debe a que la potencia en el eje no esta controlada y es constante. Cuando a t= 0,41766 se vuelve a cerrar el interruptor esta oscila hasta alcanzar un nuevo valor constante.

Figura 4-43: Velocidad o frecuencia, en por unidad.

Pg. 48


La figura 4-44 muestra la corriente de campo del rotor, en ella se aprecia que despus del recierre la corriente de campo contiene componentes de alta frecuencia las cuales se amortiguan antes de 1segundo de simulacin.

Figura 4-44: Corriente de campo en por unidad.

La figura 4-45 muestra la tensin en bornes del generador, se observa que pasados aproximadamente 3 segundos desde la perturbacin la tensin es regulada nuevamente hasta alcanzar un valor constante de 1pu=10KVrms=8164,96Vpico.

Figura 4-45: Tensin pico en bornes del generador.

La figura 4-46 muestra un conjunto de simulaciones a igual tiempo de apertura del interruptor t=0,001s y distintos tiempos de cierre: t=0,41766 t=0,48333 t=0,49000 t=0,49100 t=0,49150 t=0,49200 t=0,49500

Pg. 49


En estas simulaciones se focaliz la importancia en el ngulo del rotor medido en grados y pasado al TACS mediante la siguiente sentencia FORTRAN: DELTA=(TITA-OMEGAR*TIMEX-PI/2.)*180/PI Este es el parmetro de estabilidad ms importante cuando se estudia la estabilidad transitoria de la mquina. En la figura 4-46 se observa que conforme el tiempo de recierre se incrementa, este ngulo adopta cada vez mayores valores en su primer pico de oscilacin, pasados los 180 el ngulo empieza a crecer indefinidamente. El crecimiento indefinido significa que la mquina ha perdido el sincronismo y por consiguiente el generador sale de servicio.

Figura 4-46: ngulos del rotor ante distintos tiempos de recierre.

4.4.2-Control de frecuencia y tensin en bornes, ante prdida de carga En la siguiente simulacin se trabaja sobre la mquina sincrnica del ejemplo anterior, por lo cual sus parmetros sern los mismos. En este caso el generador suministra una potencia de 30MW a una carga constante, simulada mediante una resistencia trifsica de R=3,333ohm por fase. A tiempo t=10s el interruptor se abre y la carga pasa a consumir 27MW (en este caso la resistencia de carga pasa a valer R=3,7037). Se han implementado unos bloques que permiten medir la potencia activa y reactiva, como as tambin la tensin pico en bornes del generador, el desarrollo de estos bloques se puede ver en el Anexo 1. Mediante el comando compress desde el men edit, se ha reducido a un bloque, todo el sistema de control, tambin se ha implementado un bloque para reescalear la salida EFD. El lazo de control de velocidad, mediante la potencia en el eje PM, es el mismo que se utiliz en el ejemplo de Un rea aislada con control de velocidad. En este caso la turbina que se eligi es hidrulica. Para que la SM59 considere el control de potencia en el eje, esta seal debe ser introducida en un nodo tipo 22.

Pg. 50


La figura 4-47 muestra esta simulacin implementada en el ATPDraw, y en la figura 4-48 se aprecia el mismo caso pero sin control de la tensin en bornes.

Figura 4-47: Prdida de carga, con control de excitatriz y potencia en el eje.

Figura 4-48: Prdida de carga, con control de la potencia en el eje.

En la figura 4-49 se observa el resultado de la medicin de potencia activa y reactiva en bornes del generador, se observa que la potencia activa cambia a t=10s debido a la apertura del interruptor y la consiguiente prdida de carga. Tambin se observa que el valor de la potencia reactiva es prcticamente nula.

Figura 4-49: Potencia activa y reactiva en bornes del generador.

Pg. 51


La figura 4-50 muestra la corriente de campo del rotor, en ella se puede observar que en el caso con control de excitatriz, la corriente luego de pasado el transitorio cambia su valor de aproximadamente 116A a 113A. Esto se debe a que el sistema de control corrige la fem para que la tensin en bornes vuelva al valor de 1pu. En cambio en el caso sin control luego de pasado el transitorio, la corriente retorna a su valor inicial.

Figura 4-50: Corriente de campo.

La figura 4-51 muestra la tensin en bornes del generador. En ella se observa que en el caso sin control, luego de pasado el transitorio, la tensin incrementa su valor en un 2,5%. En forma contraria, en el caso con control, la tensin vuelve a su valor inicial.

Figura 4-51: Tensin.

Pg. 52


Por ltimo observamos en la figura 4-52, el comportamiento de la frecuencia en valores por unidad. En ambos casos la potencia en el eje est controlada, no obstante los transitorios son distintos para los casos con control y sin control de excitacin. Se observa que el transitorio con control de excitacin tiene un pico mucho ms pronunciado, como as tambin un mayor tiempo de establecimiento.

Figura 4-52: Frecuencias.

Pg. 53


4.5-Sistema compuesto de 3 generadores sincrnicos con distintos sistemas de control, segn estndares de la IEEE. Comportamiento ante prdida de un tramo de lnea. A continuacin se estudia la estabilidad transitoria de una red en anillo, compuesta de 9 barras, tres generadores sincrnicos con control de excitacin, tres transformadores elevadores de tensin, lneas representadas con circuitos Pi trifsicos, cargas representadas con circuitos RL, e interruptores temporales que representaran la falla trifsica a tierra, y el consecuente despeje de la lnea, 0,05 segundos despus de producida la falla. La figura 4-53, muestra el unifilar de la red en anillo, como as tambin las condiciones iniciales de tensin y potencia en rgimen estacionario. Las cargas son representadas con flechas, y se dan los valores de potencia activa y reactiva que consumen.

Figura 4-53: Unifilar de la red en anillo.

Pg. 54


En la figura 4-54, se observa el esquema implementado en el ATPDraw, en este caso slo se muestra la parte elctrica. Los sistemas de control implementados con TACS, que tambin forman parte de la simulacin, sern descriptos ms adelante en este mismo apartado.

Figura 4-54: Red en anillo implementada en el ATPDraw.

Los parmetros de las tres mquinas sincrnicas se listan a continuacin: Generador 1, Hidrulico: Sn = 247,5 MVA Xd =0,36135 Xq =0,23982 Tdo =8,96 Tqo =0 Un = 16,5 KV Xd =0,15048 Xq =0,23982Tdo=0 Tqo=0 Fn = 50 Hz Xd=0 Xq=0 Xl =0,08316 Ra =0,004 In(field)=450A Npolos =40 Xo =0,15 Xcan=Xl(Xcanays no conocida) H = 315,63 [million pound-feet^2] (sistema ingles MECHUN=0)

Generador 2, de Vapor: Sn = 192 MVA Xd =1,7199 Xq =1,6598 Tdo =6 Tqo =0,535 Un = 18 KV Xd =0,230 Xq =0,3780 Tdo=0 Tqo=0 Fn = 50 Hz Xd=0 Xq=0 Xl =0,1 Ra =0 In(field)=410A Npolos =2 Xo =0,1053Xcan=Xl(Xcanays no conocida) H = 0,2137 [million pound-feet^2] (sistema ingles MECHUN=0)

Pg. 55


Generador 3, de Vapor: Sn = 128 MVA Xd =1,68 Xq =1,6099 Tdo =5,89 Tqo =0,6 Un = 13,8 KV Xd =0,2321 Xq =0,3200 Tdo=0 Tqo=0 Fn = 50 Hz Xd=0 Xq=0 Xl =0,17 Ra =0 In(field)=325A Npolos =2 Xo =0,0999Xcan=Xl(Xcanays no conocida) H = 0,1005 [million pound-feet^2] (sistema ingles MECHUN=0)

Los parmetros de las lneas, representadas con circuitos Pi, y de los transformadores se muestran en el cuadro siguiente.

Algunos de estos dispositivos no se han utilizado en ninguna de las simulaciones previas, como es el caso de las lneas representadas con circuitos Pi. Este dispositivo se puede cargar desde el men desplegable del ATPDraw en Lneas/Cables->Lumped->RLC Pi-equiv. 1->3 phase, en la figura 4-55 se muestra el men desplegable del mismo. Tambin se pueden observar los iconos y parmetros a ser seteados de los circuitos Pi, transformador trifsico estrella/ tringulo y rama RLC.

Figura 4-55: Men desplegable y algunos dispositivos utilizados.

La simulacin en su totalidad como se implementa en el ATPDraw, se puede observar en la figura 4-56. En esta figura se puede ver tanto la parte elctrica de potencia, como los sistemas de control implementados. En este caso los tres sistemas de control son distintos, todos estn estandarizados segn normativas de la IEEE, los sistemas utilizados son: IEEE tipo 2, AC5A. IEEE tipo 3, ST2A. IEEE tipo 4, Discontinuo.

Pg. 56


Figura 4-56: Implementacin en el ATPDraw, sistema completo.

Pg. 57


4.5.1-Implementacin tipo 2, IEEE AC5A Este modelo fue descrito en el captulo 3, este es muy similar al modelo DC1A, aunque la excitatriz sea un alternador y la rectificacin se realice mediante un puente de diodos. Es de los sistemas de excitacin tipo brushless. Su diagrama de bloques se observa en la figura 4-57 y la implementacin en el ATPDraw se ve en la figura 4-58.

Figura 4-57: Generador 1 y su sistema de Control tipo IEEE AC5A.

Figura 4-58: Sistema IEEE AC5A en el ATPDraw.

4.5.2-Implementacin tipo 3, IEEE ST2A Este sistema de excitacin requiere el agregado de ciertos componentes especiales para poder ser simulado, como es el caso del dispositivo tipo 60 el cual es un switch comparador el cual da una u otra salida dependiendo de la seal de entrada y cierta condicin a cumplir. Este tipo de sistema de control es el de los llamados de estado slido, pues se halla formado ntegramente por dispositivos semiconductores, sin partes rotantes. El tipo IEEE ST2A ha sido descrito en el captulo 3. La figura 4-59 muestra el diagrama de bloques, y la figura 4-60 es la implementacin del mismo para poder ser simulado.

Pg. 58


Figura 4-59: Generador 2 y su sistema de Control IEEE ST2A.

Figura 4-60: Sistema IEEE ST2A en el ATPDraw.

A este sistema de control se le ha agregado, un bloque con PSS el cual proporciona una seal estabilizante, ante oscilaciones de potencia. La seal de entrada del PSS es la desviacin de la velocidad, respecto de la de sincronismo, en valores por unidad. La figura 4-61 muestra esta parte del sistema de control, y los valores de la funcin de transferencia del PSS.

Pg. 59


Figura 4-61: PSS.

4.5.3-Implementacin tipo 4, sistema de regulacin discontinua Este es un sistema de control de los llamados discontinuos el cual no fue descrito en el Captulo 3. Este presenta la particularidad de operar con dos caminos directos en paralelo, seleccionando la magnitud del error de tensin V2 cual de ellos opera en cada momento, si es que alguno lo hace. Esto ltimo debido a la existencia de una denominada Zona Muerta Interior (ZMI) que hace que si el error es inferior a un preestablecido valor, el SE (funcin de saturacin de la excitatriz) no intente siquiera corregirlo. Si el error supera esta ZMI pero no alcanza un valor superior KV, el dispositivo 60 superior habilita al restato de campo [bloque KA / (1 + s.TRH)] para que produzca lentamente la correccin deseada (Regulacin Lenta), pero, si el error superara el lmite superior KV (constante que determina la actuacin lenta o rpida), acta entonces el dispositivo 60 inferior, enviando bruscamente la mxima seal de correccin, VRmax o VRmin, segn el signo del error (Regulacin rpida), esto equivale a cortocircuitar o insertar toda la resistencia del restato de campo. La figura 4-62 muestra el diagrama de bloques de este control de excitacin, y la figura 4-63 es la implementacin en el ATPDraw.

Figura 4-62: Generador 3 y su sistema de Control tipo 4, discontinuo.

Pg. 60


Figura 4-63: Sistema de control discontinuo, en el ATPDraw.

El valor de los parmetros de estos tres sistemas de control de excitacin est listado en la tabla siguiente.

4.5.4-Simulaciones realizadas, con el sistema de 9 barras y tres generadores A continuacin se efecta una serie de simulaciones para distintos tipos de perturbacin y con combinaciones de sistemas de control distintos. En este primer caso la perturbacin efectuada es un corto circuito trifsico a tierra en la lnea prxima a la barra 7, en t=0,01s y el consiguiente despeje del tramo de lnea 5-7 en t=0,06s. Se observa distintas variables, para tres casos de sistemas de control: Sin sistema de control Con sistemas de control tipo 1, IEEE DC1A Con sistemas de control tipo 2, 3 y 4 (descriptos en los prrafos anteriores).

Pg. 61


Las figuras 4-64, 4-65, 4-66 muestran las tensiones en por unidad en los bornes de los tres generadores. Se observa que en todos los casos la tensin, cuando no hay sistema de control de excitacin, se perturba mucho ms y luego de 1,2s se vuelve oscilante. Por otro lado la tensin en los generadores 2 y 3, que tienen sistemas tipo IEEE ST2A y discontinuo, son muy similares a los casos con sistema de control tipo IEEE DC1A. En cambio en el caso del generador 1, la tensin es ms estable con el sistema IEEE DC1A que con el IEEE AC5A.

Figura 4-64: Tensin en bornes del generador 1, para tres casos de sistemas de control

distintos.


distintos.


distintos.

Pg. 62


A continuacin se muestran las potencias elctricas suministradas por cada generador en las figuras 4-67, 4-68, 4-69, considerndose tres sistemas de excitacin distintos en cada mquina. Se observa que el generador 1, sufre mayores perturbaciones en la potencia suministrada. Tambin se puede apreciar que en todas las mquinas la potencia se torna oscilante despus de 1,2s, cuando no tienen sistemas de excitacin. Por otro lado el generador tres, cuando tiene sistema de control, sufre en menor cuanta la falta del tramo de lnea 5-7. Lo que es de esperar, pues es el que ms alejado de la perturbacin se encuentra.

Figura 4-67: Potencia en bornes del generador 1, para tres casos de sistemas de control

distintos.


distintos.


distintos.

Pg. 63


Las figuras 4-70 y 4-71, muestran la evolucin de los ngulos de los rotores de las mquinas 2 y 3 referidos al ngulo del rotor del generador 1. Estas variables son procesadas por el TACS y requieren de la siguiente sentencia en FORTRAN, para cada una de las tres mquinas: DELTA=(NPP*TITA-OMEGAR*TIMEX-PI/2.)*180/PI Donde NPP es el nmero de polos Luego la diferencia de ngulos ser: ANG21= DELTA2- DELTA1 ANG31= DELTA3- DELTA1 Como observacin de estos resultados, se aprecia que en ambos casos, las mquinas sin control de excitacin, pierden el sincronismo.

Figura 4-70: ngulos relativos de la mquina 2, para tres casos de sistemas de control

distintos.

Figura 4-71: ngulos relativos de la mquina 3, para tres casos de sistemas de control

distintos. Las siguientes simulaciones muestran algunas variables de inters, para el caso en el que las tres mquinas sincrnicas tienen sistemas de control distintos. La figura 4-72 muestra las velocidades de los tres generadores, en ella se puede observar que la velocidad menos perturbada es la del generador 1 y ello es debido a la gran inercia en relacin a las otras 2 masas rotantes.

Pg. 64


Figura 4-72: Velocidades en cada una de las tres mquinas.

En la figura 4-73 se observa el comportamiento de las tensiones en bornes de los tres generadores, pasado el transitorio inicial estas tienden al valor 1pu.

Figura 4-73: Tensin en bornes de los generadores.

Las figura 4-74 y 4-75, muestran las seales de control de campo y PSS, pasadas desde el TACS.

Figura 4-74: Fem de control de cada generador.

Pg. 65


Figura 4-75: Seal del PSS, en el sistema de control del generador 2.

Por ltimo se observa la estabilidad transitoria de las mquinas 2 y 3 respecto de la 1, ante distintos tiempos de despeje del tramo de lnea 5-7. Los tiempos de apertura de los interruptores en los extremos de la lnea son: t=0,0600 t=0,0700 t=0,0800 t=0,0850 t=0,0870 t=0,0900 t=0,0928 t=0,1000 Las figuras 4-76 y 4-77 muestran como los ngulos relativos de los rotores de las mquinas 2 y 3, evolucionan ante tiempos cada vez mayores de despeje de la lnea en cortocircuito. La prdida de sincronismo en ambos casos se produce aproximadamente a t=0,0928 segundos despus de producido el cortocircuito.

Figura 4-76: ngulos relativos, en la mquina 2.

Pg. 66


Figura 4-77: ngulos relativos, en la mquina 3.

4.6-Conclusiones sobre las simulaciones realizadas Los distintos mdulos que forman parte del programa de simulacin ATP permiten ampliar la cantidad de componentes disponibles en el programa ATPDraw de tal forma que un usuario puede implementar distintos tipos de dispositivos, de gran complejidad. Tales como los sistemas de control, bloques de medicin, distintos tipos de fallas o diversas configuraciones de redes. El presente trabajo ha mostrado como utilizar este potencial en la simulacin de sistemas de control de generadores sincrnicos, aunque muchas de las implementaciones desarrolladas pueden ser de utilidad en otro tipo de aplicaciones.

Bloques de medicin en el ATPDraw Pg. 1


Sistemas de Control de Generadores Sincrónicos e Implementaciones en El EMTPATPDraw

Documents

Transcript of Sistemas de Control de Generadores Sincrónicos e Implementaciones en El EMTPATPDraw