CURSO

Control de ProcesosNro. DD 106-2015-2

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Tema:ESTABILIDAD TRANSITORIACdigo

SemestreVI

GrupoB

Nota:Apellidos & Nombres:CHIPANA - CUAQUIRALab. N01

Control de Procesos_125Nro. DD-106 2014-2

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PROTECCIN DE SISTEMAS ELCTRICOS DE POTENCIACDIGO: E46613

LABORATORIO N 01

ESTABILIDAD TRANSITORIA

Alumnos:Chipana Parisuaa BrandonCuaquira Ferro Juan

Grupo :BPROFESORIng. Christian Vera A.Nota:

Semestre :VI

Fecha de Entrega :120815Hora:08:05 am

ELECTROTECNIA INDUSTRIALPROGRAMA DE FORMACION REGULAR

I.

I. Objetivo:

Estudiar el comportamiento de un Sistema Elctrico de Potencia (SEP) en rgimen de estabilidad transitoria Analizar el efecto que tienen las perturbaciones en la estabilidad del sistema. Observar a partir de la simulacin los eventos y acciones provocados por transientes del sistema.

II. Introduccin terica:

El estudio de la estabilidad de sistemas elctricos corresponde a un rea de estudios muy amplia que se relaciona directamente con disciplinas de control y mquinas elctricas. La estabilidad corresponde a la capacidad de un sistema de desarrollar fuerzas restauradoras iguales o mayores a las fuerzas perturbadoras. Un sistema se mantiene estable en la medida que sus mquinas son capaces de mantenerse en sincronismo.En particular, Estabilidad Transitoria, se refiere a la habilidad de un sistema elctrico de potencia de volver al sincronismo (mismo estado de partida o muy cercano) frente a perturbaciones pequeas y lentas. En este anlisis adquiere una gran importancia la curva de ngulo y potencia, como la que se muestra en la figura 1:

Fig. N1

Por ejemplo, consideremos una falla trifsica a tierra. Previo a la falla, la curva de ngulo y potencia del sistema corresponde a la curva N1 de la Fig. N1, con cierta Pmax, y un ngulo delta de operacin.En el momento de la falla en una de las lneas a tierra, la capacidad de transmisin de potencia disminuye, por lo que la curva para esta situacin posee una potencia mxima menor curva N3. En ese mismo instante, como la potencia elctrica es menos que la potencia mecnica Pm, el generador comienza a acelerarse, representada por el rea R1.Luego cuando la Potencia elctrica pasa por encima de la mecnica, comienza el frenado, representada por el rea R2.

En el instante la lnea en corto se pone fuera de operacin, y se obtiene una curva de potencia restaurada representada por curva N2 que no vuelve a ser la misma que se tena pre-falla, debido a que el sistema ha cambiado, con una lnea fuera de servicio.Por tanto, en este caso el rea de frenado se considera entre la curva post-falla y la potencia mecnica, que se ha supuesto constante durante todo el proceso.Por tanto, se debe buscar la combinacin de operaciones que permitan obtener un rea R2 (frenado) que sea mayor o igual que el rea R1 (aceleracin), para poder asegurar la estabilidad transitoria del sistema. d .

III. Equipo y material a utilizar:

Software de simulacin ETAP. 01 Pc personal. 01 Gua de laboratorio.

IV. Procedimiento:

A) Crear un sistema elctrico de potencia

1. Abrir el programa ETAP.2. Generar un nuevo proyecto con el nombre Estabilidad Transitoria 013. En el modo de edicin, generar el diagrama unifilar mostrado en la figura 3.4. Ingresar los datos mostrados en las tablas para cada uno de los elementos que ingreso en el diagrama unifilar: circuit breakers (interruptores), fusibles, transformadores, motores, generadores, cables, buses, power grid, de ser el caso ubique las caractersticas en las libreras correspondientes.

INTERRUPTORES:

ELEM MFRMODELDESCELEMMFRMODELDESC

CBNABB38PM40HV

CB1ABB38PM40HVCB7WESTINHOUSE150DVP500HV

CB2GE13.8VBI25HVCB8WESTINHOUSE150DVP500HV

CB3GE13.8VBI25HVCB9GE13.8VBI25HV

CB4ABB15HKV500HVCB10ABB38PM40HV

CB5GE13.8VBI25HVCB14ABB25HKSA100LV

CB6GE13.8VBI25HVCB15ABB25HKSA100LV

FUSIBLES:

FUSEMFRMODELSIZE

F1S&CSMU-20200E

F2S&CSMU-20200E

TRANSFORMADORES:

ELEM KV PRIKV SECMVAMVAMAXFLAX/R, ZX/RCONEX.

T134.513.810121212167.3TYPICALDY

T234.513.810121212167.3TYPICALDY

N1T113.83.455555209.2TYPICALDY

N2T213.83.455555209.2TYPICALDY

MOTORES:

ELEM KV HPPOLESSYNC. SPEEDDESCRIPCINCONEX

MC113.21250412180012M. SINCRONOY

MI113.21250412180012M. INDUCCINY

GENERADORES:

ELEM MWKV%PFMVAEFFPOLES

G1 y G27.513.8858.824290%4

CONTINUOSPEAK%BUS KV NOMMODO DE OPERACINCONEX.

10058 HP7.5 MW10058 HP7.5 MW100V CONTROLY

BUSES:

ELEM%VKVANGLELOAD DIVERSITY

MIN %MAX %NOM. KV

MAIN BUS10034.508512534.5

BUS 1101.5414.01-1.28014013.8

BUS 210013.81.49012513.8

BUS 41003.450851153.45

POWER GRID:

VMVAX/RKASC

34.512004520.82

B) Analisis de Estabilidad Transitoria.

1. Cambie al modo Transient Stability haciendo click en el botn Transient Stability Analysis en la barra de herramientas Mode

2. Abra el editor de estudio de caso haciendo click en el botn Edit Study Case en la barra de herramientas Study Case. Desde el editor Transient Stability Study Case usted puede agregar, modificar y borrar eventos que provocan efectos transitorios.

3. Abra la pgina Events haciendo click en la pestaa Events. Hay dos eventos que han sern ingresados: Event 1, se ha producido una falla en t=0.5 segundos, y Event 2, se ha despejado la falla en t=0.7 segundos.

4. Todo evento necesita al menos una accin. Usted puede modificar una accin de evento haciendo click en el botn Edit (Action). Puede elegir la cantidad de opciones que desee desde el Action Editor. Haga click en OK para guardar datos y salir de Action Editor, y haga click otra vez en OK para guardar y salir del Editor Study Case.

5. En el editor Transient Stability Study Case, usted puede seleccionar el mtodo mediante el cual se modelan mquinas de induccin y sincrnicas en la pestaa Dyn Model. Tambin puede seleccionar los dispositivos para graficar y mostrar en el OLD de la pgina Plot.

6. Ahora corra un anlisis de estabilidad transitoria en este sistema, haciendo click en el botn Run Transient Stability de la barra de herramientas Transient Stability.

Si selecciona Prompt, se le solicitar ingresar un nombre para sus informes de salida.

7. Los resultados del estudio se pueden ver en el OLD, segn los elementos seleccionados. la herramienta Transient Stability Time Slider se puede utilizar para ver los resultados en cualquier momento durante el perodo de estudio seleccionado.

C) Discusin de los resultados.1. Describa y analice las variaciones de Voltaje, Flujo de Potencia, ngulo, frecuencia, etc. para la secuencia de eventos que se desarrollan durante la simulacin.2. Proponga un escenario para el cambio de la topologa de red, repita la simulacin y analice la estabilidad de la misma (por ejemplo: falla en Main Bus, desconexin de la misma, reconexin).3. Proponga las conclusiones y recomendaciones que considere importantes en el desarrollo de la presente experiencia.

DESARROLLO:

Network1.

EVENTOS

1. FALLA TRIFSICA EN MAINBUS A LOS 0.5 SEGUNDOS.

1.1. Correccin de la falla en el MainBus a los 0.7 segundos.

1.2. Grfica Voltaje Angulo vs Tiempo

INTERPRETACIN:

Se puede observar que en la barra Main us se tiene una tensin de 34.5 kV o 100% en operacin, a los 0.5 segundos, tiempo en que se da la falla trifsica en el Main Bus, la tensin cae hasta 0% como se ve en la grfica, a consecuencia de esto tambin el ngulo de voltaje varia y cae hasta un ngulo de -28 aproximadamente. A los 0.7 segundos, tiempo en que se corrige la falla se observa que el ngulo de voltaje sube e trata de estabilizarse hasta 0, el tiempo de estabilizacin en el Main Bus dura 5 segundos y su valor de tensin regresan a 99.24%.

1.3. Grafica de Frecuencia vs Tiempo

Interpretacin:

En el transcurso de la falla en el Main Bus se puede analizar tambin los efectos en la frecuencia dado que el voltaje est ligado con la frecuencia entonces su valor durante la falla en el Main Bus a los 0.5 segundos es de 0%, eso quiere decir que la frecuencia cae junto con el voltaje y despus de 0.2 segundos el valor de la frecuencia se reestablece a 59.9 Hz, eso quiere decir que la estabilizacin de la frecuencia es ms rpida y no demora 5 segundos como en el caso del voltaje.

2. FALLA EN EL FUSIBLE CB10 A LOS 0.5 SEGUNDOS.

2.1. Correccin de la falla en el Fusible CB10 T= a los 1 segundos.

2.2. Grfica Voltaje Angulo vs Tiempo

Interpretacin:

Al inicio existe un ligero desfasaje entre el Main bus, Bus 1 y Bus 2, el valor es de aproximadamente de 0.3, al abrirse CB10 el angulo de voltaje cae de ambos buses, el Bus 2 de 0.2 a 0.7 mientras que el Bus 1 cae de 0.7 a 0.8, esta pequea variacin se debe a que mientras se abre CB10 aun los generadores estn conectados al Bus 1 mediante la barra de transferencia es por ello que el valor del voltaje y frecuencia no vara. La velocidad de los generadores varia mnimamente pero se corrige rpidamente.

2.3. Grfica Frecuencia vs Tiempo

Interpretacin:

Como lo mencionamos en la interpretacin anterior el valor de tensin y frecuencia no se ve afectado debido a la barra de transferencia que viene a ser la del bus 1 es por ello que como observamos en la grfica de frecuencia de los buses (todo), no existe ninguna variacin, es decir el valor de la frecuencia se mantiene en todo el sistema durante la falla en el fusible CB10.

3. FALLA EN EL FUSIBLE CB3

3.1. Correccin de la falla en CB3 a los 0.7 segundos.

3.2. Grfica Voltaje Angulo vs Tiempo

Interpretacin:

En esta falla del interruptor CB3, el ngulo de voltaje no vara debido a que este interruptor solo alimenta una carga, es por ello que todo el sistema se mantiene con los valores de tensin y frecuencia en condiciones iniciales.

3.3. Grfica Angulo de poder vs Tiempo (Generador 1)

Interpretacin:

Se puede observar la variacin del ngulo de potencia del generador 1, se puede ver que el ngulo de potencia sufre cambios grandes, oscila entre 0.10 y -0.10 y al momento en que se corrige la falla trata de estabilizarse disminuyendo as progresivamente la oscilacin hasta los 15 segundos aproximadamente, tiempo en el que ya empieza a tener su valor normal, esta grafia nos permite observar cmo es que la capacidad de transmisin de potencia del generador disminuye.

CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

Para la correcta realizacin del sistema de potencia se tiene que colocar todos los parmetros importantes de los componentes, dado que si no se realiza esto, al evaluar saldran errores. Se comprendi cmo se debe de realizar el anlisis de estabilidad transitoria en un Sistema elctrico de Potencia. Se crearon 3 eventos para poder observar y analizar cmo se comportaba el sistema para cada caso. Se tuvo acceso y se incluy en la simulacin los datos de los componentes del sistema, ya que se encontraban en la gua, por lo que no arrojo errores al momento de la evaluacin. La estabilidad es una capacidad del sistema para mantener sincronismo cuando es sometido a perturbaciones o fallas. El entorno de ETAP nos permite realizar un anlisis de estabilidad transitoria, en el que se puede ver las reacciones del sistema y los incidentes que pueden suceder en casos reales. Cuando un sistema est sometido a una falla o perturbaciones, este se puede ver afectado ocurriendo variacin en los ngulos de potencia y oscilaciones del flujo de potencia, tensin y otras variables del sistema.

V. CUESTIONARIO

1. Cul es la diferencia entre Estabilidad Estable e Inestable?

Un sistema de potencia se dice que est funcionando en una estabilidad "estable" si:

-Permanece funcionando en un estado operativo de rgimen aceptable (las variables elctricas del sistema (tensin, corriente, frecuencia etc.) se mantienen constantes al pasar el tiempo y dentro de un rango de valores aceptables). -Cuando es perturbado desde un estado operativo de rgimen aceptable es capaz de retornar en un tiempo aceptable a un estado operativo de rgimen aceptable.

Un sistema de potencia se dice que est funcionando en una estabilidad "inestable" si:

1. Cules son las grficas proporcionadas por el ETAP que pueden destacar mejor el anlisis de estabilidad transitoria y sus resultados? Por qu?

La grafica que nos destaca mejor la estabilidad transitoria es la grafica de potencia ya que el incremento de carga puede resultar en perturbaciones transitorias que son de importancia para el punto de estabilidad. Si:

-La carga total excede el lmite de estabilidad de rgimen permanente para unas condiciones de voltaje y reactancia.

-La carga se incrementa produce una oscilacin que causa que el sistema oscile ms all del punto crtico, por lo cual puede ser imposible recuperar la estabilidad.

1. Por qu se estudia la ecuacin diferencial de oscilacin?

Las expresiones matemticas, ayudan a comprender el comportamiento de una oda perturbada. Estas ecuaciones nos darn informacin para entender un comportamiento de un evento o sucedo ya pasado o en proceso, a travs de las magnitudes de corriente, voltaje, frecuencia etc.

1. Describa la diferencia entre Estabilidad de ngulo, estabilidad de tensin y cmo se relacionan con las pequeas y grandes perturbaciones.

Estabilidad de ngulo

Las variables a monitorear son los ngulos (relativos a una mquina de referencia) de los rotores de las mquinas que oscilan luego de una perturbacin (si el sistema es estable las mquinas interconectadas permanecen "en sincronismo")

Este ngulo es funcin del balance entre:

-La potencia mecnica aplicada al rotor (mquina primaria) y -La potencia elctrica transferida a la red.

1. De pequea seal ("inestabilidad a las pequeas oscilaciones")

Si las perturbaciones son pequeas, es posible linealizar las ecuaciones que describen al sistema de potencia y a sus controles en torno al estado de rgimen previo.Los mtodos de anlisis de la estabilidad a la pequea seal son, por lo tanto, los de los sistemas lineales.

Para describir cualitativamente este tipo de fenmenos, consideremos una mquina nica inyectando potencia hacia una red.

1. Inestabilidad a las grandes perturbaciones

La inestabilidad transitoria se produce a causa de perturbaciones severas, para las cules dejan de ser vlidos los mtodos de aproximacin lineal.Los mtodos de anlisis clsicos son las simulaciones numricas en el tiempo, con intervalos tpicos de estudio de entre 3 y 5 seg.

Tipos de inestabilidad transitoria

La inestabilidad transitoria clsica es la llamada a la primera oscilacin ("first swing"): el ngulo de alguna de las mquinas se escapa en su primera oscilacin a causa de una perturbacin severa (en la jerga habitual se dice que la causa es la falta de torque sincronizante, si bien el torque sincronizante es un concepto tpicamente lineal)

Estabilidad de tensin

Las variables a monitorear en este caso son los mdulos de las tensiones de las barras de la redEjemplo:

En el sistema radial de la figura vamos aumentando lentamente la potencia activa PR consumida por la carga, y manteniendo su factor de potencia constante.Para cada factor de potencia, la variacin de la tensin con la carga (supuesto el sistema en rgimen) va describiendo una curva caracterstica en V (ver figura), de forma que para cada PR existen matemticamente dos soluciones posibles de tensin.

1. Inestabilidad a las pequeas perturbaciones

A medida que va aumentando la carga hay controles automticos en el sistema que van reaccionando (automatismos de control de equipos de reactiva, conmutadores bajo carga de transformadores, etc.), la propia potencia de la carga va variando al ir bajando la tensin, etc.)La naturaleza lenta del fenmeno justifica que ste se analice habitualmente observando cmo van variando los estados de rgimen del sistema. El sistema se analiza, por lo tanto, por medio de una sucesin de flujos de carga (en rigor: por medio de las ecuaciones no lineales de rgimen)

No obstante, existen casos en que se considera imprescindible modelar la dinmica lenta de los distintos automatismos que van reaccionando a medida que se producen los aumentos de carga.

1. Inestabilidad a las grandes perturbaciones

El tipo de perturbaciones es similar a los que caracterizan a la estabilidad transitoria de ngulo (cortocircuitos, salida brusca de servicio de generadores, etc.).Los mtodos de anlisis son similares (simulacin en el tiempo), y se suele realizar un estudio conjunto de estabilidad de tensin y ngulo durante el anlisis de estabilidad transitoria de ngulo: se simula la perturbacin, y se observa a lo largo del tiempo la variacin de los ngulos y las tensiones.En estos casos no necesariamente se produce un colapso de tensin en el sentido descrito ms arriba, pero de cualquier forma se controla que la tensin no descienda por debajo de valores normalizados luego de la perturbacin.Ejemplo Un criterio para considerar estable un caso desde el punto de vista de la tensin podra ser: luego de despejado un cortocircuito en la red la tensin en todas las barras no puede descender por debajo de 0,8 p.u durante ms de 700 ms

1. Cules son los porcentajes admisibles de restauracin de un sistema elctrico de potencia?

En el caso de Per en cuanto a la diferencia de frecuencias, los rels de sincronismo poseen ajustes que fluctan entre +- 0.10 Hz a +- 0.15 Hz antes del cierre del interruptor, Para la restauracin de un sistema elctrico de potencia la variacin de frecuencia tendra que estar por debajo de los niveles establecidos, una mayor diferencia de frecuencia genera un mayor esfuerzo torsional a las maquinas rotativas de los sistema, as como puede activar algn modo electromecnico inestable.