clase 14-15 control de frecuencia

Presentacin de PowerPoint

4. Control Frecuencia-Carga

- 4.1 Introduccin. 4.2 Modelo general 4.3 Sistemas aislados. 4.4 Sistemas interconectados 4.5 Aspectos complementarios

Unidad Temtica 1: Operacin Tcnica de Sistemas Elctricos de Potencia 4. Control de frecuencia cargaSistemas de Energa y Equipos ElctricosDr.-Ing. Rodrigo Palma BehnkeDepto. de Ingeniera ElctricaEL4103, Universidad de Chile / 2012

Definicin del Problema

Introduccin (I)En general, la frecuencia de la tensin generada aumenta cuando disminuye la carga y vice versa --> la cada brusca de la carga del sistema tiende a aumentar la velocidad de los generadores y por ello aumenta la frecuencia. Debido a que la carga vara a travs del tiempo, se tiene que la frecuencia tambin lo hace, pese a todos los sistemas de control existentes.

Objetivo General del Control en Sistemas Elctricos de Potencia El objetivo de la estrategia de control es el de generar y entregar en forma econmica potencia en un sistema interconectado, manteniendo la tensin y la frecuencia dentro de los lmites permitidos --> Control de frecuencia : mantener lmites de frecuencia, dividir cargas entre generadores. 4. Control de frecuencia cargaSistemas de Energa y Equipos ElctricosDr.-Ing. Rodrigo Palma BehnkeDepto. de Ingeniera ElctricaEL4103, Universidad de Chile / 2012

Introduccin (II)Etapas en el proceso de Control/Regulacin de Frecuencia Regulacin Primaria (ejem. 30 seg) Existencia de reserva en giro. (accin de reguladores de velocidad (vlvulas, labes, deflectores, etc. )) Regulacin Secundaria (ejem. 15 min) Regulacin TerciariaRegulacinTerciariaRegulacin PrimariaRegulacin Secundariapotenciatime30 s15 min.60 min.4. Control de frecuencia cargaFuenteUNIDOSistemas de Energa y Equipos ElctricosDr.-Ing. Rodrigo Palma BehnkeDepto. de Ingeniera ElctricaEL4103, Universidad de Chile / 2012

Introduccin (III)Caractersticas de Etapas del Control/Regulacin de Frecuencia Regulacin PrimariaCada mquina responde de acuerdo a sus caractersticas y accin del regulador (consigna, estatismo)Individual para cada unidad de generacinLa respuesta tiene error permanente dependiendo del estatismo Regulacin Secundaria Manual automtica (AGC)Seguimiento de la cargaControl de enlacesRestitucin de reservas primariasCorreccin de error permanente de frecuencia del sistema Regulacin Terciaria o EconmicaManual automtica (AGC)Ajuste de valores de las mquinas a valores econmicos (de mercado)4. Control de frecuencia cargaSistemas de Energa y Equipos ElctricosDr.-Ing. Rodrigo Palma BehnkeDepto. de Ingeniera ElctricaEL4103, Universidad de Chile / 2012

Load/FrequencyControlNetworkOperationMeasurement,Accounting,AdministrationAncillary ServicesCompensationDevicesVoltage levelbetween definedboundsSpinningReserveStandbyquick-startStandbyslow-startProvided byGeneratorsVoltageControlCompensationofLossesProvision fromreserve power fromgeneratorsBlack- StartCapabilityServicios ComplementariosPotencia ReactivaRegulacin de FrecuenciaReserva en GiroReserva OperativaReserva fraCapacidad de AlmacenamientoIntroduccin (IV)4. Control de frecuencia cargaSistemas de Energa y Equipos ElctricosDr.-Ing. Rodrigo Palma BehnkeDepto. de Ingeniera ElctricaEL4103, Universidad de Chile / 2012

Introduccin (V)4. Control de frecuencia cargaFuente: UNIDOSistemas de Energa y Equipos ElctricosDr.-Ing. Rodrigo Palma BehnkeDepto. de Ingeniera ElctricaEL4103, Universidad de Chile / 2012

6Introduccin (VI)Caractersticas del anlisis de Control de Frecuencia Aprovechamiento de desacoplamiento natural entre potencia activa y mdulo de tensin; y Potencia reactiva y frecuencia,

Necesidad de modelo matemtico del sistema: generador, consumo, potencia mecnica, control de velocidad,

Enfasis en modelos de control automtico,

Uso de modelos de simulacin en lnea interactuando con sistemas SCADA.4. Control de frecuencia cargaSistemas de Energa y Equipos ElctricosDr.-Ing. Rodrigo Palma BehnkeDepto. de Ingeniera ElctricaEL4103, Universidad de Chile / 2012

Modelo General (I)Modelo esquemtico de un sistema de control

ExcitacinReg. automticode voltajeSensor devoltajeCampoTurbinaVaporMec. Control de VlvulasControlFrec. CargaSensor deFrec.

Masas rotatoriasy cargaTurbinaSistema de control de velocidad

Desviacin de frecuenciaFuente: Power System Analysis, SaadatNecesidad de Modelodel Sistema 4. Control de frecuencia cargaSistemas de Energa y Equipos ElctricosDr.-Ing. Rodrigo Palma BehnkeDepto. de Ingeniera ElctricaEL4103, Universidad de Chile / 2012

Modelo General (II)Fuente: Power System Analysis, Saadat8. Control de frecuencia cargaModelo del Generador

Ecuacin de oscilacin de mquina sincrnicapara pequeas perturbaciones

Cambio de variable + Laplace

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Modelo General (III)Fuente: Power System Analysis, Saadat8. Control de frecuencia cargaModelo de Carga

Representacin de una carga compuesta (frecuencia-carga)

Sensibilidadcarga-frecuenciaModelo de Rotor

Modelo simple: cambio en potencia mecnica en funcin de variacin en vlvula (ej. vapor)

Constante de tiempo


Modelo General (IV)Fuente: Power System Analysis, Saadat8. Control de frecuencia cargaModelo del Controlador (controlador proporcional)

Sistema de control de velocidad tradicional.


Modelo General (V)Fuente: Power System Analysis, Saadat8. Control de frecuencia cargaModelo resultante

Masas rotatoriasy cargaTurbinaSistema de control de velocidad

Respuesta a escalnTeorema del valor final


TurbinaGAGCVlvulacompuertaRegulador de velocidadDiagrama funcional de un sistema de generacin y control Sistema elctrico: Cargas Sistema de transmisin Otros generadoresSistema suministrador de energa: vapor o aguavelocidadCambiadorde velocidadPotencia en lneas de potenciaFrecuenciaAGC : control automtico de generacinDefiniciones Regulacin permanente de velocidad, estatismo permanente o porcentaje de cada (droop) es el cambio (cada) de velocidad que experimenta la mquina al pasar desde el vaco a plena carga Valores tpicos 5%. El control de generacin y frecuencia en un sistema se conoce como control frecuencia- carga (LFC).Sistemas aislados (I)Fuente: Power System Stability, KundurSistemas de Energa y Equipos ElctricosDr.-Ing. Rodrigo Palma BehnkeDepto. de Ingeniera ElctricaEL4103, Universidad de Chile / 2012

TurbinaG-KIntegrador

Vlvula

+-VaporaguaRegulador de velocidad iscrono (velocidad constante)Y : posicin de vlvula (+ abrir, - cerrar)Pm : potencia mecnicar : velocidad del rotorRegulador de velocidad con caracterstica velocidad -droopRegulador de velocidadTurbinaGKIntegrador

Vlvula

+-VaporaguaY : posicin de vlvula (+ abrir, - cerrar)Pm : potencia mecnicar : velocidad del rotor1/R : ganancia de controlador proporcional Regulador de velocidadR--Sistemas aislados/interconectadosFuente: Power System Stability, KundurSistemas de Energa y Equipos ElctricosDr.-Ing. Rodrigo Palma BehnkeDepto. de Ingeniera ElctricaEL4103, Universidad de Chile / 2012

Reparticin de carga en unidades en paraleloSistemas interconectadosEntrega de potenciaUnidad 1Fuente: Power System Stability, Kundur

Entrega de potenciaUnidad 2


Regulador de velocidad con caracterstica velocidad -droopTurbinaGKIntegrador

Vlvula

+-VaporaguaY : posicin de vlvula (+ abrir, - cerrar)Pm : potencia mecnicar : velocidad del rotor1/R : ganancia de controlador proporcional Regulador de velocidadR--Sistemas interconectados-+Consignade referenciade cargaSistemas de Energa y Equipos ElctricosDr.-Ing. Rodrigo Palma BehnkeDepto. de Ingeniera ElctricaEL4103, Universidad de Chile / 2012

Regulador de velocidad con caracterstica velocidad -droopSistemas interconectados+

++-


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