7/26/2019 Trabajo SEP IIl- 1er Parcial

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UNIVERSIDAD POLITCNICA SALESIANA

Carrera de Ingeniera Elctrica

Trabajo Semestral

Sistemas Elctricos de Potencia III

Modelizacin y simulacin de centrales elctricas y anlisis de la

respuesta del sistema de regulacin primaria

Nombre:Xavier Fuentes

Prof. CARLOS GALLARDO MSc.

QuitoFecha: 30 de noviembre del 2015

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NDICE GENERALIntroduccin ............................................................................................................................................................ 2

Objetivo general ...................................................................................................................................................... 2

Objetivos especficos .............................................................................................................................................. 2

Desarrollo ................................................................................................................................................................ 2Introduccin ........................................................................................................................................................ 2

Caractersticas Generales .................................................................................................................................... 2

Ejercicio 1 ................................................................................................................................................................ 3

Resolucin ........................................................................................................................................................... 3

Conclusiones ......................................................................................................................................................... 14

Bibliografa ............................................................................................................................................................ 14

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Anlisis de la Estabilidad de la Tensin

Sensibilidades del Flujo de Carga

Anlisis de Contingencia

Clculo de los Parmetros de la L y del Cable Areo

Anlisis de la Red de Distribucin

Funciones Avanzadas: Funciones de Proteccin

Optimizacin de la Red de Distribucin

Funciones de Anlisis de Armnicos

Flujo de Potencia ptimo

Anlisis de Confiabilidad

Estimacin de Estado

EJERCICIO 1

En la Figura 1 se puede ver un esquema unifilar de un sistema elctrico sencillo de dos reas interconectadas atravs de un interruptor en 110kV. Los datos de operacin del sistema corresponden con los datos de la figura

siguiente:

Figura 1. Formulacin delproblema, Ejemplo 11.3 del Captulo 11 (Pg 611) del libro Power System Stability and Control de P. Kundur.

La carga conectada al rea 1 de 60Hz es de 20GW y 40GW al rea 2. La carga en cada rea vara 1% por cada1% de cambio en frecuencia. El rea 1 est importando 1GW desde el rea 2. El estatismo de los reguladoresde velocidad es de R=5% para todas las unidades. El rea 1 est operando con una reserva rodante de 1GWrepartida de forma uniforme sobre varios generadores que suman una potencia total de 4GW. El rea 2 estoperando con una reserva rodante de 1GW repartido de forma uniforme sobre varios generadores del reaque suman una potencia total de 10GW. Para representar este sistema en DIgSILENT PowerFactory se haninstalado dos generadores en cada rea, un generador principal que suministra la potencia deseada y queopera conectado a un bus en modo PV y un generador ms pequeo que representa la reserva rodante delrea y que suministra inicialmente potencia cero, trabajando en modo PQ.

RESOLUCIN

Para la resolucin de este ejercicio procedemos a colocar el diagrama unifilar de un sistema elctrico sencillode dos reas interconectadas a travs de un interruptor en 110kV; el cual se pude apreciar a continuacin:

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Figura 2.Diagrama Unifilar

Los dos generadores principales se han asociado a una central con los siguientes elementos:- Turbina de vapor (IEEE TGOV1)- Governor o sistema de control de velocidad/frecuencia proporcional (IEEE TGOV1)- Sistema de regulacin de tensin automtico y excitatriz (IEEET1 - Type 1).Los dos generadores secundarios se han asociado a una central con los siguientes elementos:- Turbina de vapor (IEEE TGOV1)

Governor o sistema de control de velocidad/frecuencia proporcional-integrador (IEEETGOV1_AGC)- Sistema de regulacin de tensin automtico y excitatriz (IEEET1-Type 1).A continuacin, se abre una ventana para realizar la seleccin del modelo de turbina y governor que queremosemplear. Se pueden seleccionar indistintamente modelos que se encuentran en la librera local o en la libreraglobal. En este ejemplo se selecciona el modelo que se encuentra en la librera local.

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Figura 3. Bloque de librera

Para representar este sistema en DIgSILENT PowerFactory se han instalado dos generadores en cada rea, ungenerador principal que suministra la potencia deseada y que opera conectado a un bus en modo PV y ungenerador ms pequeo que representa la reserva rodante del rea y que suministra inicialmente potenciacero, trabajando en modo PQ.

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Figura 4.Generador principal rea 1, modo de operacin PV

Resolucin:

La secuencia del proceso a seguir es la siguiente:

Se arranc DIgSILENT PowerFactory. En la ventana de login, se indic el nombre de usuario. En lapestaa licencia, indicar los datos facilitados en el contrato de licencia o facilitados por el entrenadordurante el curso.

Se import el proyecto denominado Ejercicio Training RMS_Reg Prim y Sec.pfd

Desde el men principal, activar el proyecto. Aceptar.

Luego se activado, seleccionar el caso de estudio Case1

Como siguiente punto se verifica lo siguiente: que los elementos de control de potencia/frecuenciaque fijan las condiciones iniciales del flujo de carga estn desactivados, y que los reguladores depotencia de los generadores de reserva rodante estn fuera de servicio.

Luego de eso se pudo realizar una simulacin de prdida de carga de 1000MW en rea 1 medianteapertura de interruptor que conecta la carga al rea 1.

Como siguiente paso se verific en el diagrama unifilar los resultados y comprobar que los datosintercambiados por los generadores con las respectivas reas son correctos.

Para aso seleccionar variables de salida de la simulacin: (Potencia activa en la carga del rea 1 /Potencia activa en generador principal del rea 1 / Potencia activa en generador reserva rodante delrea 1 / Potencia activa en la carga del rea 2 /Potencia activa en generador principal del rea 2 /

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Potencia activa en generador reserva rodante del rea 2/ Frecuencia en generador principal de rea 1/ Frecuencia en generador principal de rea 2 /Potencia intercambiada entre reas)

Se defini eventos de simulacin: directamente hacer doble clic en el interruptor de la carga que sedesea desconectar durante la simulacin. Aparecer una ventana de dilogo donde podemos indicarel instante en que este evento tendr lugar (5 s).

Luego se ejecuta la simulacin. Indicar tiempo final de 20 segundos.

Y se logr crear grficos para obtener una visualizacin.

Figura 5. Definicin de Variables

Figura 6.Seleccin de Variables a graficar

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Figura 7.Control de frecuencia potencia

Figura 8.Control de frecuencia potencia

Figura 9. Grficos de los Resultados

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En este apartado se detalla el procedimiento que nos permitir justificar los resultados obtenidos ensimulacin para la red interconectada a 60Hz. En ausencia de control integrador, se espera un error defrecuencia en el sistema. Asumiendo que slo los GOVERNORS de los generadores que representan la reservarodante estn bloqueados, las dos unidades principales respondern a la prdida de carga segn su estatismoy su potencia nominal. Determinar:

Variacin en MW/Hz correspondiente a un estatismo de 5% en rea 1 con 20GW de capacidad degeneracin (1/R1)

Variacin en MW/Hz correspondiente a un estatismo de 5% en rea 2 con 42GW de capacidad degeneracin (1/R2)

Variacin en MW/Hz correspondiente a las dos reas con 62GW de capacidad de generacin

Sensibilidad de la carga en MW/Hz en rea 1 con 19GW despus de perder la carga de 1GW en rea 1(D1)

Sensibilidad de la carga en MW/Hz en rea 2 con 40GW despus de perder la carga de 1GW en rea 1(D2)

Sensibilidad total en MW/Hz correspondiente a las dos reas:

Cambio en la frecuencia del sistema debido a la prdida de carga. Comparar con los resultados de lasimulacin:

Cambios de carga en las dos reas debido al aumento de frecuencia. Comparar con los resultados de lasimulacin:

Cambios de generacin en las dos reas debido a la regulacin primaria de frecuencia. Comparar conlos resultados de la simulacin:

Nuevos valores de cargas en cada rea y potencia generada en cada rea. Comparar con los resultadosde la simulacin.

Nuevo flujo de potencia en la interconexin. Comparar con los resultados de la simulacin.

Frecuencia final del sistema. Comparar con los resultados de la simulacin.

Anlisis de la respuesta del sistema de regulacin secundaria

Se implementaron los siguientes pasos para activar los sistemas de regulacin secundaria:

Pusimos en servicio los modelos de turbina y controladores de la reserva rodante

Pusimos en servicio los elementos de control de potencia para flujo de cargas (controladores parargimen permanente)

Se calcul condiciones iniciales

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Se Verifico que el flujo de potencia en la interconexin es nulo y que cada generador es capaz desuministrar la carga dentro de su rea.

Figura 2.Diagrama Unifilar

Se ejecut la simulacin.

Figura 13.Simulacin para 50 s

Y se tuvo que observar la variacin de las siguientes variables en los grficos:1)

Potencia activa en la carga del rea 1

2)

Potencia activa en generador principal del rea 1

3)

Potencia activa en generador reserva rodante del rea 1

4)

Potencia activa en la carga del rea 2

5)

Potencia activa en generador principal del rea 2

6)

Potencia activa en generador reserva rodante del rea 2

7)

Frecuencia en generador principal de rea 1

8)

Frecuencia en generador principal de rea 29)

Potencia intercambiada entre reas

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Figura 14. Elementos en servicio modelos de turbina y controladores de reserva rodante

Figura 15. Elementos en servicio controladores para rgimen permanente

Figura 16. Seleccin de variables a graficar

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Figura 17. Resultados grficos del SEP con control secundario

Figura 18. Resultados grficos del SEP con control secundario

Figura 19. Resultados grficos del SEP con control secundario

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Figura 20. Resultados grficos del SEP con control secundario

CONCLUSIONES

La dificultad de los estudios de estabilidad no es nicamente la parte matemtica, lo verdaderamentecomplejo y quiz lo ms importante es usar los modelos adecuados y disponer de los datos correctos

para que la simulacin tenga relacin con la realidad. Las oscilaciones de pequea perturbacin o pequea seal se presentan constantemente en un

sistema elctrico de potencia, pues debido a la fsica misma del sistema y a su dinmica defuncionamiento, tanto en generacin como en la carga y a la accin de los controles, estn sepresentan en forma de oscilaciones de baja frecuencia.

En aos anteriores, el crecimiento limitado de los sistemas elctricos de potencia debido arestricciones polticas, econmicas y ambientales; el aumento de interconexiones; el uso de nuevastecnologas; y la necesidad de operar el sistema econmicamente, ha causado que los problemas deinestabilidad sean ms frecuentes.

Los estudios de estabilidad son de importancia primordial para una correcta planificacin y operacindel sistema.

DIgSILENT PowerFactory es fcil de usar y es apto para todas las necesidades de anlisis de sistema depotencia estndar, incluyendo aplicaciones de gama alta en las nuevas tecnologas, como la energaelica y la generacin distribuida y el manejo de los sistemas de energa muy grandes.

Parte de la complejidad de los anlisis de estabilidad se basa en la dificultad de resolver las ecuacionesno lineales que definen el comportamiento del sistema, favorablemente el desarrollo de software decomputacin ha permitido que este problema sea superado. Actualmente existen en el mercadopaquetes computacionales para el anlisis del sistema de potencia (Power Factory, ETAP, entre otros),que permiten resolver la estabilidad de grandes sistemas en pocos minutos, pese al gran nmero deecuaciones y variables que se manejan.

BIBLIOGRAFA

Jos Abascal, Estabilidad transitoria, Anlisis de la respuesta de regulacin primaria y secundaria.EJERCICIOS, Curso de Formacin DIgSILENT PowerFactory, Madrid, Noviembre 2012.

Aguilar Rommel, Cepeda Jaime, Anlisis Tcnico-Comercial del Colapso Nacional del 1 de Marzo de2003, Tesis de Ingeniera Elctrica, EPN, Quito, 2005.