calidad de los sistemas de potencia.doc

8/16/2019 CALIDAD DE LOS SISTEMAS DE POTENCIA.doc

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CALIDAD DE LOS SISTEMAS DEPOTENCIA

TRUJILLO TORRES YULIETHAGUIRRE PEREZ DIANA

OVALLE PADILLA EFRAINMOVILLA CONTRERAS CARLOS


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UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESARVALLEDUPAR

2008

TABLA CONTENIDO

OBJETIVOSINTRODUCCIONCALIDAD DE LOS SISTEMAS DE POTENCIA

ESTABILIDAD DE LOS SISTEMAS DE POTENCIA• DEFINICION• TIPOS DE ESTABILIDAD

ESTABILIDAD EN TENSIONPROTECCION DE LOS SISTEMAS DE POTENCIADESPACHO ECONOMICO


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OBJETIVOS

Objetivo GeneralReconocer la importancia de la calidad y la seguridad con laque es suministrada la potencia a cada usuario de la redcon el !n de mantener la estabilidad en el sistema el"ctrico#

Objetivos Espec$!cos

Identi!car que la alta calidad en el suministro de potencia seobserva como un bajo nivel de disturbios en corriente yvoltaje#%onocer que el despac&o econ'mico tiene como misi'nalcan(ar la seguridad y calidad de servicio deseado con unm$nimo de costo de generaci'n y transporte#)prender que la estabilidad de los sistemas el"ctricoscorresponde a un *rea de estudios muy amplia que serelaciona directamente con disciplinas de control y m*quinasel"ctricas#


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INTRODUCCIÓN

El nuevo esquema y la nueva regulaci'n del mercado de la energ$ael"ctrica en la gran mayor$a de los pa$ses del mundo implican un

replanteamiento de la !loso+$a de prestaci'n del servicio# ,a introducci'nde un ambiente de competencia y de !guras como la de los usuarios noregulados signi!can que la relaci'n proveedor - usuario es muc&o m*se.igente para las empresas prestadoras del servicio oblig*ndolas aincentivar en su *mbito institucional una nueva cultura de servicio#/or otro lado la competencia por los mercados de la energ$a el"ctricaest* &aciendo cambiar las e.pectativas de los usuarios !nales respectoa su proveedor# )dem*s de la comodidad en precios m*s bajos losusuarios comien(an a demandar un rango de servicios a la medida desus necesidades particulares incluyendo mejoras en la %alidad de laEnerg$a El"ctrica# 0e &ec&o la %alidad de la Energ$a El"ctrica puede ser

una de las pocas +ormas en que el proveedor de energ$a el"ctrica puededi+erenciar un 1ilovatio 2 &ora de otro y el usuario e.igente considere elcambio a un proveedor que le garantice menos cortes de servicio yse3ales de potencia menos contaminadas#El presente trabajo trata de dar a conocer un adecuado conocimiento dela generaci'n propagaci'n y e+ectos de estas perturbaciones lasensibilidad de los equipos involucrados en la red el"ctrica y anali(arcasos reales consolaciones aplicadas e.itosamente para mitigar o


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eliminar estos e+ectos con lo cual las empresas podr*n desarrollar susactividades contando con energ$a de calidad#

CALIDAD DE LA POTENCIA EN SISTEMASEl t"rmino %alidad de /otencia ocupa cada d$a m*s el tiempo de nuestros pro+esionales del *rea el"ctrica y de los usuarios de equipos el"ctricosdel tipo ensible# 0esgraciadamente todav$a no se &a logrado un entendimiento entre los tres sectores involucrados del sistema el"ctrico4 empres

a el"ctrica usuario y +abricante de equipo sensible consecuencia de locual e.isten elevadas p"rdidas de potencia salidas de servicio y da3osmuy onerosos con las consiguientes disputas entre tales sectores# En este programa se pretende investigar anal$tica y e.perimentalmente sobretres de los problemas m*sserios en la actualidad4 5El da3o debido a sobretensiones incidentes directamente o trans+eridas por el trans+ormador de distribuci'n6 5Reducir las salidas de servicio de los equipos sensibles debidas a la presencia de


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&uecos de tensi'n y microcortes mediante el empleo de +usibles ultra-r*pidos6 y !nalmente por medio de la 7 Estrategias de operaci'n para lagesti'n e!ciente del sistema de distribuci'n en mercados competitivos6# Se utili(ar*n tanto lametodolog$a anal$tica como la e.perimental a !n de independi(arse de l

as dudas e.istentes con respecto al empleo de so+t8ares ampliamente di+undidos pero no comprobados en los +en'menos bajo estudio# ,os tresproyectos tienen como objetivo primeramente la clari!caci'n de los +en'menos correspondientes seguido por la elaboraci'n de modelos validados e.perimentalmente y !nalmente la propuesta de metodolog$as para poder considerarlos regularlos y evitarlos o reducir su e+ecto#

EST)BI,I0)0 E9 ,OS SISTE:)S 0E /OTE9%I)

El estudio de la estabilidad de sistemas el"ctricos corresponde a un *rea

de estudios muy amplia que se relaciona directamente con disciplinas decontrol y m*quinas el"ctricas# ,a estabilidad corresponde a la capacidadde un sistema de desarrollar +uer(as restauradoras iguales o mayores alas +uer(as perturbadoras# ;n sistema se mantiene estable en la medidaque sus m*quinas son capaces de mantenerse en sincronismo#;n sistema de potencia se dice que est* +uncionando en un estado7estable7 si4-/ermanece +uncionando en un estado operativo de r"gimen aceptable


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c= Estabilidad en estado permanente


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natural de oscilaci'n coincid$a con la +recuencia de oscilaci'n originadapor las m*quinas de accionamiento de los generadores#

?# E, ELE%TO 0E ,) I9EST)BI,I0)0#

%uando una m*quina sale del sincronismo o de paso con respecto aotras del sistema se presentan +en'menos desagradables por ejemploun generador no constituye realmente una +uente de potencia el"ctricaun motor no entrega potencia mec*nica a la velocidad adecuada uncondensador s$ncrono no mantiene su voltaje propio en las terminales#/ara un sistema de potencia en particular se puede decir que lainestabilidad adem*s de ocasionar molestias a los consumidores por unmal servicio produce +en'menos indeseables que se pueden resumircomo sigue4a= Si la inestabilidad se presenta como consecuencia de una +alla laliberaci'n de la +alla puede no restaurar la estabilidad#

b= Se producen Muctuaciones de voltaje que continFa aun despu"s deque se libere la +alla#c= ,a m*quina o grupo de m*quinas que quedan +uera de paso conrespecto a otras m*quinas del sistema pueden volverse a estar en pasoo bien quedar desconectadas del resto del sistema#d= Se tiene una operaci'n incorrecta de los relevadores es decir que losrelevadores pueden operar en +also de tal +orma que los interruptorespueden interrumpir circuitos que no es necesarios interrumpir#/or todo esto se puede concluir que la inestabilidad es un +en'menoindeseable en los sistemas de potencia ya que se produce un mal e+ectoen la calidad del servicio# En tal virtud un sistema de potencia se debe

dise3ar y operar de manera que la inestabilidad ocurra muy rara ve(#

?# TI/OS 0E EST)BI,I0)0

?##? EST)BI,I0)0 TR)9SITORI) E9 SISTE:)S 0E /OTE9%I)#

El an*lisis de cualquier sistema de potencia para determinar suestabilidad en r"gimen transitorio lleva con sigo la consideraci'n dealgunas de las propiedades mec*nicas de las m*quinas del sistema yaque despu"s de una perturbaci'n cualquiera las m*quinas &an deajustar los *ngulos relativos de sus rotores para cumplir las condiciones

impuestas de trans+erencia de potencia#,a estabilidad transitoria se re!ere a las inMuencias de perturbacionesgrandes# Estas perturbaciones se deben normalmente a aver$as de lascuales las m*s graves son el corto circuito de las tres +ases que es lo quegobierna los l$mites de la estabilidad transitoria# ,os l$mites tambi"npueden basarse sobre otros tipos de aver$as especialmente laderivaci'n de una sola +ase a tierra que es con muc&o la m*s +recuenteen la pr*ctica#


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?##?#? RES/;EST) 0E ;9 SISTE:) 0E /OTE9%I) ) ;9 0IST;RBIO#

Se presentan varios +en'menos cuando ocurre un disturbio pero para elestudio de la estabilidad transitoria solo se consideran las siguientes4

?# ;na redistribuci'n de la carga el"ctrica sobre cada uno de losgeneradores esto se debe a que la red el"ctrica equivalente a que seconecta cada generador cambia r*pidamente por tanto cambia lapotencia el"ctrica que se suministra al sistema de cada unidad# 0ic&ocambio brusco en la potencia el"ctrica que entra a la red causa undesequilibrio en los pares aplicados a los rotores de las m*quinas yaque la potencia mec*nica que entra a cada m*quina no cambiainmediatamente#D# ,a respuesta electromec*nica esta pr'.ima con una redistribuci'n dela potencia de salida de las m*quinas de acuerdo con la energ$a cin"ticade las masas rotatorias# Si en el sistema e.isten motores grandes sus

inercias tambi"n se a+ectaran por esta redistribuci'n de carga## ,a respuesta electromec*nica resultar* de una variaci'n en lavelocidad del rotor cuyo giro dar* un cambio en la carga el"ctrica#En particular Estabilidad Transitoria se re!ere a la &abilidad de unsistema el"ctrico de potencia de volver al sincronismo


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E 4 Voltaje interno del generador; 4 Voltaje de la barra in!nita

4 Reactancia de rama

/ara el an*lisis de estabilidad se estudia la ecuaci'n de oscilaci'n quees la ecuaci'n di+erencial que describe el movimiento relativo del eje delrotor respecto de los ejes del campo magn"tico resultante durante unaperturbaci'n# Nsta queda e.presada de la siguiente +orma si es que se

desprecia el e+ecto del torque amortiguante4

0onde4 %onstante de Inercia PsegQ/e /otencia el"ctrica PpuQ/m /otencia mec*nica PpuQs Velocidad angular el"ctrica de sincronismo PradsegQ

)ngulo de carga PradQt Tiempo PsegQ

?##D ,) EST)BI,I0)0 0E REGI:E9 /ER:)9E9TE

En condiciones de equilibrio el circuito equivalente de un sistema dedos m*quinas se considera que es una red simple de dos partes determinales la tensi'n del e.tremo trasmisor para las condiciones der"gimen permanente es la tensi'n de la reactancias sincr'nica delgenerador y la tensi'n de el e.tremo receptor es la tensi'n detr*s de lareactancia sincr'nica del motor#) partir del diagrama de c$rculo de una red de dos pares de terminalesse desarrollan ecuaciones para la potencia en los e.tremos de trasmisory receptor de la red#?##D#?ETE9SIU9 0E, 0I)GR):) 0E %,)RE /)R) %;BRIR %;),W;IERRE0 0E RE)%T)9%I)S


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%ualquier red de reactancias a trav"s de la cual se transmite potencia deuna m*quina s$ncrona a otra se puede reducir a un circuito cuyasreactancias equivalentes est"n en serie#El procedimiento consiste en reducir la porci'n de la red e.terna de lasm*quinas s$ncronas a un circuito equivalente que ser* de reactancias

puras si la red original tambi"n lo era# %omo las m*quinas serepresentan asimismo por una +uente en serie con una reactancia setiene una red con reactancias puras como la que se ilustra en la !gura#

,as reactancias capacitivas en derivaci'n que aparecen en la !gurapueden ser tambi"n inductivas#,a simpli!caci'n del circuito anterior se &ace aplicando el teorema de T&evenin &acia la i(quierda y a la derec&a de la reactancia ?#El teorema de T&evenin establece que una red lineal de dos terminalesse puede reempla(ar por una +uente de voltaje en serie con unareactancia sin alterar las condiciones e.ternas de la red# ,a impedancia

del circuito equivalente de T&evenin es igual a la impedancia de entradade la red original con su +uente de voltaje interna en corto circuito#?X ? SY ? > SEn +orma an*loga para el motor4DX D rYD > r,a +uente de voltaje que establece el teorema de T&evenin es el voltajede circuito abierto en las terminales de la red# /ara el generador es elvoltaje a trav"s de s con ? desconectada


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E? s E?X s=E?X s E?


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- Dependability /robabilidad de que la protecci'n opere correctamente o sea que operecuando corresponde que lo &aga#- Security /robabilidad de que la protecci'n no opere incorrectamente &abiendo o

no +alta o condici'n anormal en el sistema el"ctrico de potencia o seaque no opere cuando no corresponde que lo &aga#

L!s #$%te&&i%(es !#%$t!( ! +!s si,*ie(tes &!$!&te$)sti&!s"ese!-+es e( *( siste! "e #%te(&i!.

- su disponibilidad


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El resultado !nal es la salida de servicio de buena parte de la red el+uncionamiento 5en isla6 de los subsistemas que sobreviven y el peorapag'n de Lrancia en la postguerra#El +en'meno total se desarrolla durante algo m*s de una &oray unintento desa+ortunado de reenergi(aci'n


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de carga que esta ve( no es soportado por las l$neas de @@ 1Vque son

disparadas por rel"s de sobrecarga o rel"s de distancia


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-%arga e.cesiva en el sistema

-Balance de potencia reactiva


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unidad generadora para atender una demanda de potenciadeterminada# El reparto de cargas o potencias entre generadoresdepende de las condiciones de operaci'n que se impongan# ,a demandade potencia en un sistema el"ctrico puede ser generada de diversas+ormas] de todos los posibles repartos de carga interesa aquel que

supone un m$nimo de generaci'n# En este trabajo estudiaremos laoperaci'n econ'mica de un sistema el"ctrico de potencia# El problemaque se plantea es el siguiente4 conocida la demanda de potencia total enun sistema determinado averiguar la potencia que debe entregar cadaunidad para que el costo total de generaci'n y transporte sea el m$nimoposible# Este estudio recibe el nombre de despac&o econ'mico#

El +uncionamiento de un sistema de potencia requiere una serie deoperaciones o +unciones de control cuyo nFmero y complejidaddepender* de la dimensi'n del sistema y del grado de seguridad quequiera obtenerse# El despac&o econ'mico debe ser considerado como

una +unci'n mas a reali(ar dentro de un conjunto m*s amplio deoperaciones cuya misi'n es la de alcan(ar la seguridad y calidad deservicio deseado con un minio de costo de generaci'n y transporte#

)unque la !nalidad Fltima de las empresas es la obtenci'n de unosbene!cios "stos siempre deber*n pausar ineludiblemente por unoscondicionantes previos# Estas condiciones seguir*n el siguiente orden4

Se,*$i"!". la compra instalaci'n y mantenimiento de equipos deseguridad


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proceder* al despac&o econ'mico es decir a sacar el m*.imo partidoecon'mico de un sistema el"ctrico de potencia#

:uy di+erente resulta la +ormulaci'n de un problema de optimi(aci'necon'mica en un sistema el"ctrico de potencia dependiendo del tipo de

generaci'n e.istente en el sistema] en general se distingue entregeneraci'n de origen t"rmico y generaci'n de origen &idr*ulico#

E( +! ,e(e$!&i'( "e %$i,e( e4&+*si3!e(te t5$i&%. se calcula elreparto de cargas suponiendo que las unidades seleccionadas puedenatender cualquier demanda de potencia dentro de los l$mites permitidospara cada unidad# El despac&o econ'mico se reali(a con intervalos depocos minutos suponiendo que la demanda de potencia se mantieneconstante durante cada intervalo# ,a optimi(aci'n es un procesoest*tico en la cual no es importante la variable del tiempo#

E( +! ,e(e$!&i'( "e %$i,e( 6i"$7*+i&%. es necesario considerar ladisponibilidad de agua para la generaci'n de cada central durante elintervalo de tiempo para el cual se realice el estudio] el proceso deoptimi(aci'n ser* din*mico y tendr* en cuenta la evoluci'n de lademanda de potencia con el tiempo de +orma que la potencia asignadaa cada central para satis+acer la demanda de potencia total no requierauna cantidad de agua superior a la disponible para generaci'n deenerg$a el"ctrica#

En el +uncionamiento de un sistema el"ctrico debe asegurarse lam*.ima calidad y continuidad en el servicio con un m$nimo costo] para

conseguir tales !nes son necesarias una serie de operaciones demedida an*lisis y control entre las que se encuentra el despac&oecon'mico# En los siguientes apartados se presenta una breveintroducci'n al control de un sistema el"ctrico de potencia quepermitir* relacionar el despac&o econ'mico con el resto de operacionesy obtener una visi'n m*s completa de este tipo de sistemas#

CONTROL DE UN SISTEMA DE POTENCIA

,a demanda de potencia a lo largo de un d$a ser* variable dependiendoesta variabilidad del d$a de la semana considerando de la estaci'n dela3o e incluso de la ubicaci'n geogr*!ca en la que se &alla situado elsistema# ) pesar de estas mati(aciones la curva de carga presentar*siempre unas caracter$sticas comunes] las puntas llanos y valles] en lacurva de la !gura se puede distinguir un valor m$nimo la carga de basey un valor m*.imo la punta de carga#


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Estamos pues ante un problema importante4 por una parte la demanda

de potencia reMejado en la !gura es muy variable con el tiempo] porotro lado las grandes centrales productoras de energ$a el"ctrica sonpoco regulables


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,a selecci'n de unidades que trabajan en paralelo en un determinadotiempo se reali(a considerando el costo de operaci'n y ciertosaspectos t"cnicos como son las caracter$sticas de regulaci'n o losl$mites de estabilidad# ) los costos de operaci'n que incluyen costosde combustible de mantenimiento y amorti(aci'n de las

instalaciones &ay que a3adir el costo de arrancada y de parada quepresenta cada unidad generadora#%ada tipo de central tendr* una (ona o r"gimen de carga donde ser*m*s Ftil] de +orma resumida el reparto de cargas de un sistema depotencia ser* atendido de la siguiente +orma4 ,a potencia base ser* tendida por unidades de regulaci'n muy

lenta cuya potencia de salida se mantendr* sensiblementeconstante y que presenten una gran producci'n de energ$ael"ctrica] dentro de esta categor$a se incluyen las centralesnucleares y las centrales t"rmicas convencionales#

El e.ceso de demanda sobre la carga base puede ser atendidapor unidades regulables como pueden ser las centrales&idroel"ctricas y en caso de no e.istir una generaci'nsu!ciente de este tipo por unidades t"rmicas de medianapotencia# Estas centrales son m*s regulables aunquepresentan el inconveniente de no ser grandes productoras deenerg$a#

,as puntas de carga ser*n alimentadas por unidades cuyaregulaci'n y puesta en marc&a sea muy r*pida] dentro de "stacategor$a se encuentran las mini centrales &idroel"ctricas y las

peque3as unidades t"rmicas con turbinas de gas# ,a potenciaque pueden entregar estas unidades es in+erior a las restantes#

En general cuanto m*s regulable sea una central menos potenciapodr* entregar as$ pues las grandes centrales t"rmicas o nucleares noson regulables y en cambio las peque3as turbinas de gas alcan(an elsincronismo en poco tiempo# Tampoco debe olvidarse que siempre esnecesario que e.ista una cierta generaci'n de reserva es decir que lapotencia total disponible sea en todo momento superior a la demandade carga prevista as$ se evitar*n cortes de suministro del todo

indeseados#

/ara que en todo momento sea conocida la situaci'n de un sistemael"ctrico de potencia es necesario disponer de +orma permanente deun conocimiento de la situaci'n real del sistema# ,os datos necesariosser*n obtenidos mediante medidas del estado de las l$neas einterrupciones as$ como de la potencia activa y reactiva que Muye porcada elemento de la red# ,as medidas reali(adas son transmitidas a un


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centro de control dispuesto para tal !n siendo inevitable que apare(canerrores debido a las inter+erencias con las l$neas de comunicaci'n o alajuste de los aparatos de medida# ,a estimaci'n del estado es unaoperaci'n imprescindible para conocer con precisi'n y !abilidad del+uncionamiento de una red a partir de las medidas reali(adas#

)s$ del an*lisis de seguridad puede dar lugar a ciertos cambios de laestructura de la red


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FUNCIONAMIENTO ECONOMICO DE LAS CENTRALES ELCTRICAS

)unque ya se &an e.plicado ampliamente las centrales convencionales y

las centrales de energ$a renovables anteriormente unaspuntuali(aciones sobre las centrales convencionales nos ayudar*n aentrar en la operaci'n econ'mica de los sistemas de potencia#

En una central t"rmica el generador el"ctrico convierte en energ$ael"ctrica la energ$a mec*nica entregada por la turbina# El aporte devapor a la turbina es suministrado de di+erente +orma segFn se trate deuna central t"rmica convencional


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%ada tipo de central deber* tratarse de +orma distinta ya que distintosser$an su comportamiento en cuanto a consumos# En una central&idroel"ctrica el problema lo representar* la disponibilidad de aguapara accionar las turbinas aunque si se dispone de ella el precio de lamateria prima


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CONCLUSIÓN

Vale la pena la importancia que este tema resulta tanto para lascentrals de energia como para los usuarios que son los que se vena+ectados con variaciones o +allas en el siatema# ,a estabilidad en los

sistemas de potencia &a sido de gran interes en los ultimos a3os yaque en el transcurso de la &istoria ya se &an visto los da3os que estasinMuctuaciones ocacionan si no se contralan#;n sistema en la que se genere energia se debe tener en cuenta muc&os+actores los cuales dependen tanto de los electodomesticos y maquinaselectricas que estos tengan asi como de las leyes que rijan en el pais encual se instala la central#,as consideraciones que en estos sistemas &ay que tener en cuentacomo se resalto en la anterior tematica son4 ,a +ace la +recuencia y latenci'n los cuales se establecen de acuerdo a unos terminos de!nidos#

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