m1 - introduccion a la estabilidad

7/25/2019 M1 - Introduccion a La Estabilidad

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Curso DIgSILENT

Power Factory v 15.1

ESTABILIDAD EN SISTEMAS DE POTENCIA

Javier H. Vives

[email protected]

SANTIAGO, Agosto 2014

MDULO 1INTRODUCCIN A LA ESTABILIDAD


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INTRODUCCIN

Temtica y Objetivos

2

Objetivos

Introducir la filosofa de trabajo de DIgSILENT Power Factory v15

Introducir el concepto de Estabilidad en Sistemas de Potencia

Presentar las herramientas del simulador para el anlisis de estabilidad

Temas Principales

Presentacin de Problemticas: Descripcin de Fenmenos

Exigencias Normativas: Parmetros de desempeo

Control de la Inestabilidad: Recursos disponibles para el control del sistema

Ejercicios de Aplicacin: Aplicacin directa sobre el simulador

Estabilidad en Tensin - Estabilidad Angular - Estabilidad en Frecuencia

Visin de nuevas caractersticas y mejoras

Simulaciones dinmicas: parmetros, modelos, controles.

Manejo de DigSILENT v15


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Introduccin a la Estabilidad


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INTRODUCCIN

Historia

4

Cronologa

Reconocida por primera vez 1920

Primer ensayo de laboratorio, 1924

Primer ensayo de campo, 1925

Analizador de redes, 1930

Centrales Hidroelctricas alejadas que alimentaban centros de cargas a travs delneas de gran distancia.

El problema de estabilidad estaba influenciado por la fortaleza del sistema, con locual la inestabilidad era debido a la insuficiencia de torque sincronizante.

Las herramientas de clculos consistan en Reglas de clculos, calculadorasmecnicas y tcnicas grficas (criterios de reas iguales y diagramas circulares)

Actualmente se ha llegado a un nivel de comprensin suficientemente amplio,pudiendo determinar las causas y mtodos de control para mitigar los efectos deinestabilidad.


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INTRODUCCIN

Conceptos y Definiciones

5

Definicin

La estabilidad de un sistema puede ser definida como aquella propiedad deun sistema de potencia que le permite mantenerse en un estado deequilibrio operativo bajo condiciones normales de operacin y luego dehaber estado sometido a una perturbacin.

En la evaluacin de la estabilidad se lleva a cabo mediante el anlisis delcomportamiento del sistema de potencia cuando es sometido a unaperturbacin transitoria.

Las perturbaciones pueden ser de pequea o gran magnitud

Las pequeas perturbaciones ocurren continuamente y el sistema debe sercapaz de adaptarse a las mismas sin provocar inconvenientes.

A su vez, el sistema debe estar preparado para soportar grandesperturbaciones tales como cortocircuitos o salidas intempestivas de

equipamiento.


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INTRODUCCIN

Clasificacin

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Estabilidad deSistemas de Potencias

Habilidad para permaneceren un equilibrio operativoEquilibrio entre fuerzasopuestas

Estabilidad delngulo rotrico

Estabilidad dela tensin

Habilidad paramantener elsincronismoBalance entre lostorques de lamquina soncrnica

Habilidad paramantener una tensinestacionaria aceptable

Balance de potenciareactiva

EstabilidadTransitoria

Estabilidad deMediano Plazo

Estabilidad deLargo Plazo

Estabilidad dela tensin engran seal

Grandes perturbacionesDeslizamiento aperidico enla primera oscilacinPerodo de estudio: hasta10 o 30 segundos

Grandes perturbaciones,importantes excursiones entensin y frecuenciaDinmicas rpidas y lentasPerodo de estudio: variosminutos

Frecuencia uniforme en elsistemaDinmicas lentas

Perodo de estudio: decenasde minutos

Grandes perturbacionesManiobrasDinmicas de los ULTC,demandasCoordinacin de las proteccionesy los sistemas de control

Estabilidad enpequea seal

InestabilidadNo - oscilatoria

InestabilidadOscilatoria

Estabilidad enpequea seal

torque sincronizanteinsuficiente

torque sincronizanteinsuficienteAccin de controlinestable

Relaciones P/Q Ven estado estacionarioMrgenes deestabilidad, reservade potencia Q

Modos localesde la central

Modos

interrea

Modosde control

Modostorsionales


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INTRODUCCIN

Principales Soluciones

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Medidas de Diseodel Sistema

Dispositivos de Control de PotenciaReactiva

Cambiadores de taps deTransformadores

Esquemas de DesconexinAutomtica de Carga

Esquemas de Desconexin deGeneracin

Medidas de Operacindel Sistema

Margen de Estabilidad

Reserva Rotante

Acciones de Operadores

Reles de Proteccin Coordinacin de Protecciones

CumplimientoNTSyCS


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Simulaciones Dinmicas RMSen DIgSILENT

Introduccin


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INTRODUCCIN

Caractersticas Generales

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SIMULACIONES DINMICAS

Las simulaciones de transitorios permiten analizar el comportamiento dinmicode las redes y los sistemas cuando estos son sometidos a grandes o pequeasperturbaciones.

Los modelos dinmicos pueden representar sistemas elctricos, mecnicos,hidrulicos o de cualquier otro dominio.

Existen numerosos modelos de librera

El usuario puede crear modelos especficos para representar con mayorfidelidad el componente real, sobre todo si se realiza sobre la base de ensayosen campo.


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INTRODUCCIN

Determinacin de tiempo crtico de despeje de falla

Diseo de esquemas de control contra contingencias

Verificacin y ajustes de protecciones especficas

Esquemas de DAG/DAC

Reservas de reactivo post-contingencia

Reservas para control de frecuencia

Optimizacin del desempeo de los controles para incrementar el amortiguamiento

Caractersticas Generales

10

TRANSITORIOS RMS

Simulaciones en el dominio temporal

Representacin de estado transitorio (RMS) de la red

Permite anlisis trifsico simtrico o desbalanceado

Corresponde a simulaciones de fenmenos electromecnicos, directamenteasociados a los estudios de estabilidad de los sistemas de potencia.

tensinfrecuenciapequea sealgran sealoscilatoriano oscilatoria


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INTRODUCCIN

Clculo de

CONDICIONES INICIALES

Clculo de

CONDICIONES INICIALES

Definicin deEVENTOS

Definicin deEVENTOS

Clculo deFLUJO DE POTENCIA

Clculo deFLUJO DE POTENCIA

Definicin deVARIABLES

Definicin deVARIABLES

SIMULACINSIMULACINGraficar

resultadosGraficar

resultados

X

- Errores en modelos

- Modelos E/S F/S

- Derivadas no nulas

- Lmites superados

Verificar condicin de RED ymodelos dinmicos

(ver output window)

Simulation Scan

Utilizado para monitorear

variables y realizar

acciones en consecuencia

(Versin 15)

Esquema de Trabajo

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Simulaciones Dinmicas RMSen DIgSILENT

Crear una Simulacin Dinmica


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INTRODUCCIN

Condiciones Iniciales - Qu se Inicializa?

13

EXCITACIN

GENERADOR RED

TURBINA

Del flujo de potencia:Potencia ActivaTensin Terminal

Potencia Reactivangulo

Tensin

de Campo

Potenciade Turbina

CorrientesFlujosSaturacin...

ngulo de TiristoresTensin de Referencia

...

Flujo de VaporReferencia de Potencia...

Clculo de Flujo de PotenciaClculo de Condiciones Iniciales


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INTRODUCCIN

Simulacin Numrica - Cmo se realiza?

14

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Tiempo [seg]

Frecuencia

[pu]

Tm

J

Condiciones Iniciales:

Tm = Te =1 = 1

SOLUCIN ANALTICA:

Ti=J d

dt T

mTe=J

d

dt

VariablesT

m= constante (entrada)

Te= b (interna)

Parmetros:J = 3 (momento de inercia)b = 1 (rozamiento viscoso)

Ecuacin de movimiento:

Evento (t=0):Trip de turbina Tm = 0

Te=J d

dt b=J

d

dt

d

dt=b

J

(t)=A eb

Jt

(t=0 )=1 A=1

(t)=eb

Jt

t 0

=J

b=3


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INTRODUCCIN

Simulacin Numrica - Cmo se realiza?

15

SOLUCIN NUMRICA:

k=(k1)+

d(k1)

dt T

Frecuencia en el paso k

Derivada de la frecuencia en paso k-1

Paso de integracin

Nmero de paso

Frecuencia en el paso k-1

d

dt=b

J

d(k)

dt =

b

J (k)

Paso k dk/dt

0 1 -0,33

1 0,67 -0,22

2 0,44 -0,15

... ... ...

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

Tiempo [s]

Frecuencia

[pu]

Condicin inicial

-0,33

1

T = 1 seg

=J

b=3d(k)

dt =(k)

d(1 )

dt =

1

3= 0,33'

0 1


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INTRODUCCIN

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

Tiempo [s]

Frecuencia

[pu]

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Tiempo [s]

Frecuencia

[pu]

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Tiempo [s]

Frecuencia

[pu]

T=0,1

T=0,5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Tiempo [s]

Frecuencia

[pu]

T=

T=2

Solucin: Analtica Numrica

DETECCIN DELA OSCILACINNUMRICA:

Utilizarmuestreo impar

Analizar lafrecuencia deoscilacin

Simulacin Numrica - Problematica

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INTRODUCCIN

Condiciones Iniciales

17

Los tiempos de simulacin son notoriamentediferentes debido a los requerimientos

computacionales. La representacin desbalanceada

debera emplearse para casos donde realmente seanecesaria

(e.g. anlisis de actuacin de protecciones).

Verifica y notifica los resultados del clculo decondiciones iniciales. Es la manera de conocer

cuando el sistema est fuera de equilibrio

Puede ser recomendable para simulaciones demucho tiempo (ms de 30seg), sobre todo si se

presentan fenmenos dinmicos asociados adiferentes constantes de tiempo (e.g. AVR y GOV).

Monitoreo deVariables yAcciones

en consecuencia


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INTRODUCCIN

Frecuencia de almacenamiento dedatos (se recomienda que sea un

nmero impar de veces el paso deintegracin)


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Paso de Integracin para la Simulacin

Tiempo de Inicio de la Simulacin

Se recomienda comenzar ent=0s, y ejecutar los eventos

en t=1s permitevisualizar el estado inicial

del sistema

Se recomienda comenzar ent=0s, y ejecutar los eventos

en t=1s permitevisualizar el estado inicial

del sistema

Mximo paso de integracinadmisible


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INTRODUCCIN

Ambas opciones se emplean para unsistema separado en islas elctricas.

GLOBAL: mantiene una nicareferencia (slack del flujo de potencia)y resulta til cuando las islas elctricasvuelven a estar sincronizadas, dentro

de los tiempos de la simulacin.LOCAL: mantiene una referencia para

cada subsistema. El mtodo de clculoresulta computacionalmente msexigente.


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Comportamiento ante eventos talescomo comando de interruptores,

EDAC, escalones, etc.

Permite obtener la evolucinde la mayor excursin

angular dfrotx

Mtodo de integracin numrica todos los controles debenestar modelados para funcionar con este mtodo.

Convergecorrectamente

an con pasos de

integracingrandes


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INTRODUCCIN

Definicin de Eventos

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Los EVENTOS de simulacin forman parte del STUDY CASE

La cantidad de eventos dentro de una simulacin es ilimitada, al igual que lacantidad de secuencias de eventos dentro de un Study Case

La secuencia de eventos se crea desde el Study Case:


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INTRODUCCIN

Definicin de Eventos

21

Los eventos de una simulacin se pueden crear de distintas maneras y endistintos momentos (por ejemplo, en el medio de la simulacin).

Se pueden crear:

desde la carpeta de eventos (new) accediendo desde el study case

accediendo desde el men general

desde el Elemento (define)

accediendo desde el editor grfico

accediendo desde el data manager

accediendo desde la lista de elementos


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INTRODUCCIN

Ejercicio M1.1

22

Importar el Proyecto: EjercicioM11.pfd

Clculo de condiciones iniciales

Analizar opciones ajustadas

Seleccionar eventos

Ejecutar

Analizar lo sucedido en la pantalla de salida

Encontrar posibles soluciones segn lo ya analizado

Definir un cortocircuito sobre la barra 5

Monofsico sin impedancia, en t=1seg

Despejar el cortocircuito en 120ms

Apertura de la lnea 1

Crear un nuevo conjunto de eventos y

repetir la simulacin, pero balanceada

sobre la barra


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INTRODUCCIN

Definicin de Variables

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Las variables a almacenar se deben crear previamente o al momento del clculo decondiciones iniciales NO despus de simular

Primero debe seleccionarse el elemento:

desde la carpeta de resultados (new)

accediendo desde el study case

accediendo desde el men general

desde el Elemento (define variable set)

accediendo desde el editor grfico

accediendo desde el data manager

accediendo desde la lista de elementos

Luego la variable:


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INTRODUCCIN


24

Los RESULTADOS de simulacin forman parte del STUDY CASE.

La cantidad de carpetas de resultados dentro de un Study Case es ilimitada, mientras quela cantidad de variables se limita al total de la red.

La carpeta de resultados se crea desde el Study Case:Primero debe seleccionarse elelemento:


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INTRODUCCIN


25

Se puede

acceder adistintos tiposde variables.

Variables a

almacenar

de inters


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INTRODUCCIN

Simulation Scan

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Monitoreo de diversas variables queson utilizadas para una accin en

consecuencia, por ejemplo Detencinde la Simulacin

Simulation Scan

Mdulo Prdida de Sincronismo

Mdulo Variables

Mdulo Tensin

Mdulo Frecuencia

Versin 15

Power Factory


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INTRODUCCIN

Simulation Scan

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Lmites de la Tensin, enmagnitud y duracin

Recuperacin de la Tensin, comienza agrabar cuando la tensin est por debajo

del lmite en el tiempo de arranque.Cuando la tensin est por encima del

ajuste seteado chequea que este seprodujo dentro de la banda de tiempo,

caso contrario acta.

Tiempo de Activacin, defineel tiempo en el quecomienza a monitorear.

Accin a ejecutar, si un lmitees violado se emite un

mensaje en pantalla o se

detiene la simulacin.

Monitorea Tensin en todos los nodos y emite unmensaje o para la simulacin si se viola algn

limite definido

Monitoreo de tensin


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INTRODUCCIN

Simulation Scan

28

Mdulo MonitoreoPrdida de Sincronismo

Monitoreo de tensin

Mdulo MonitoreoVariable

Mdulo Monitoreo

Frecuencia


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INTRODUCCIN

Simular

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El clculo de condicionesiniciales es el que define las

caractersticas de la simulacin

Variables EditablesTiempo de SImulacin


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INTRODUCCIN

Graficar

30

Existen bsicamente dos modos para crear un grfico de simulacin:

desde el men principal ,para lo que deben estar ya calculadas las condicionesiniciales.

desde las pestaas grficas.


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INTRODUCCIN

Graficar

31

Resultados de lasimulacin Actual

Variables a Graficar

Opciones de Grfico


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INTRODUCCIN

Ejercicio M1.2

32


Definir las variables a almacenar

tensin (u) y frecuencia elctrica (fe) en barra Terminal.

tensin terminal (ut) y de excitacin (ve), ngulo rotrico (dfrot), potencia activa y

reactiva (P1:bus1 y Q1:bus1), potencia de la turbina (pt) en


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INTRODUCCIN

Ejercicio M1.2

33

Calcular Condiciones Iniciales

Simular 20 segundos

Crear un grfico de simulacin con cuatro figuras

Graficar:

Tensin terminal del generador

Potencia de la tubina Potencia activa del generador Tensin de excitacin del generador

Escaln de 5% en P y Q


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INTRODUCCIN

Ejercicio M1.2

34

20,00016,00012,0008,00004,00000,0000 [s]

1,02

1,01

1,00

0,99

0,98

0,97

G1: Terminal Voltage in p.u.

20,00016,00012,0008,00004,00000,0000 [s]

8.333E-1

8.333E-1

8.333E-1

8.333E-1

8.333E-1

8.333E-1

G1: Turbine Power in p.u.

20,00016,00012,0008,00004,00000,0000 [s]

42,30

41,80

41,30

40,80

40,30

39,80

G1: Active Power in MW

20,00016,00012,0008,00004,00000,0000 [s]

1,734948

1,734947

1,734946

1,734945

1,734944

1,734943

G1: Excitation Voltage in p.u.

DIgSILENT

INTRODUCCIN


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INTRODUCCIN

Ejercicio M1.3

35


Definir las variables a almacenar

tensin (u)

frecuencia elctrica (fe)

(Diferentes modos de monitorear una misma variable)

INTRODUCCIN


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INTRODUCCIN

Ejercicio M1.3

36


Simular 20 segundos

Controlar Ventana de Output

Escaln de 10% en P y Q

INTRODUCCIN


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INTRODUCCIN

Ejercicio M1.3

37


Detener la simulacin cuando la frecuencia es menor a 48,5Hz

Simular 20 segundos

Controlar Ventana de Output


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FIN DEL MDULO 1

r ci s

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