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17 de marzo del 2003 OMNI 1 Estabilidad y control de Estabilidad y control de sistemas eléctricos de sistemas eléctricos de potencia potencia Pablo Monzón Facultad de Ingeniería - Universidad de la República Optimización y Métodos Numéricos en Ingeniería (OMNI)

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17 de marzo del 2003 OMNI 1

Estabilidad y control de sistemas Estabilidad y control de sistemas eléctricos de potenciaeléctricos de potencia

Pablo Monzón

Facultad de Ingeniería - Universidad de la República

Optimización y Métodos Numéricos en Ingeniería (OMNI)

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17 de marzo del 2003 OMNI 2

Grupo de estabilidad y control Grupo de estabilidad y control de SEPde SEP

Jorge Alonso Alvaro Giusto Roberto Markarian Michel Artenstein Rafael Hirsch Pablo Monzón

Desde 1999, con apoyo CIC y CSIC.

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EsquemaEsquema

Introducción a los SEP

Colapso de tensión

Modelado y análisis

Resultados y problemas a estudiar

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Introducción a los SEPIntroducción a los SEP

Los SEP consisten en un conjunto de generadores y las líneas de transmisión desde los centros de generación a los centros de consumo.

En el funcionamiento normal, los sistemas de potencia operan en un punto en los que las variables de interés, tensión y frecuencia, se mantienen en niveles aceptables.

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Introducción a los SEPIntroducción a los SEP

El crecimiento lento de la oferta de energía y el rápido aumento de la demanda obliga a los sistemas a trabajar cerca de sus límites.

En las últimas décadas, han aparecido nuevos problemas que hay que enfrentar.

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Colapso de tensiónColapso de tensión

Cuando en funcionamiento normal la carga aumenta gradualmente, se alcanza un momento crítico a partir del cual la tensión decrece rápidamente, sin grandes variaciones en la frecuencia.

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Casos reportadosCasos reportados

Francia 1978 Suecia 1983 Bretaña 1987 Japón 1987 Chile 1998 .........

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Caso Suecia - 1983

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17 de marzo del 2003 OMNI 9

Características del fenómenoCaracterísticas del fenómeno Fenómeno dinámico no periódico, sin oscilaciones Afecta al módulo de las tensiones, con poca

influencia en la frecuencia Fuerte incidencia del comportamiento de las

cargas Relacionado con grandes transferencias de

potencia Carácter geográfico

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Modelado de los SEPModelado de los SEP

Esencialmente tenemos un conjunto de máquinas generadoras y otro conjunto de consumidores, interconectados por una red eléctrica.

La dinámica del sistemas está dada por las ecuaciones de las máquinas, con los balances de potencia como restricción.

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17 de marzo del 2003 OMNI 11

Modelado de los SEPModelado de los SEP

En este caso, z es un vector que representa los ángulos de las máquinas y sus velocidades, u representa las tensiones de las barras y es un parámetro del sistema, usualmente la potencia demandada.

),,(0

),,(

uzg

uzfz),(

~zfz

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17 de marzo del 2003 OMNI 12

Modelado del colapsoModelado del colapso

En la ecuación

los puntos de equilibrio dependen continuamente de. Para un valor crítico de se produce un cambio radical en el comportamiento de la ecuación.

),(~

zfz

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17 de marzo del 2003 OMNI 13

Modelado del colapsoModelado del colapso

El colapso se caracteriza por la desaparición

de un punto de operación estable.

Ésta y las características descritas llevan a

asociar de manera natural al colapso con la

existencia de una bifurcación silla-nodo en

la ecuación diferencial.

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Caracterización de un punto de Caracterización de un punto de bifurcación silla-nodobifurcación silla-nodo

Para el caso escalar, el problema está resuelto (Sotomayor, 1973):

0),(~

.

0),(~

.

0),(~

zfw

zfDw

zf

Tz

T

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17 de marzo del 2003 OMNI 15

Caracterización de un punto de Caracterización de un punto de bifurcación silla-nodobifurcación silla-nodo

La expresión para el caso DAE:

0),,(.

0.

0),,(

uzFw

gDgD

fDfDw

uzF

Tuz

uzT

g

fF

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17 de marzo del 2003 OMNI 16

Caracterización de un punto de Caracterización de un punto de bifurcación silla-nodobifurcación silla-nodo

Para el caso vectorial, la expresión es similar:

0),(.

0),(.

0),(

yFDw

yFDw

yF

Ty

T

u

zy

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17 de marzo del 2003 OMNI 17

Métodos de cálculo del colapsoMétodos de cálculo del colapso

Directos: consisten en resolver las ecuaciones anteriores, con métodos como el Newton-Raphson (rápido)

Método de continuación: Permite seguir la trayectoria del punto de equilibrio de partida hasta llegar al colapso (lento)

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17 de marzo del 2003 OMNI 18

Método de ContinuaciónMétodo de Continuación

La ventaja del método de continuación es que permite evaluar el estado del sistema al aproximarse al colapso.

Permite manejar de manera relativamente simple límites naturales del sistema que no están contemplados en las ecuaciones.

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17 de marzo del 2003 OMNI 19

Método de ContinuaciónMétodo de Continuación

Apto para el caso de parámetro escalar. Permite estudiar variaciones

unidimensionales:

* La demanda en una barra.

* La demanda en una región.

* La demanda en toda la red.

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17 de marzo del 2003 OMNI 20

Método de ContinuaciónMétodo de Continuación

y0

y2

y11

2

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17 de marzo del 2003 OMNI 21

Método de ContinuaciónMétodo de Continuación Predictor: se avanza por la tangente un paso

predeterminado

Corrector: se vuelve a la curva de puntos de equilibrio

Reparametrización: se re-asigna el papel del parámetro, para evitar problemas de convergencia cerca del punto crítico.

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17 de marzo del 2003 OMNI 22

Bifurcación más cercanaBifurcación más cercana

En general los parámetros son las demandas de activa y reactiva en las barras.

Para analizar el caso de parámetro vectorial, se puede usar el Método de Continuación junto con una estrategia de selección de direcciones.

El objetivo es encontrar el punto de colapso más cercano a nuestro punto de operación

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17 de marzo del 2003 OMNI 23

Márgenes de seguridadMárgenes de seguridad

mi

mC

E0 E’0

CC Ci

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Problemas a estudiarProblemas a estudiar

Optimización de márgenes de seguridad, (determinación de la bifurcación más cercana, sintonización de controladores, colocación de bancos de reactiva).

Análisis de contingencias.

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FIN