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Esquema de rechazo automtico

de carga por mnima frecuencia ysu impacto sobre la estabilidad del

sistema elctrico interconectadonacional

Rolando Zrate CspedesRoberto Ramrez Arcelles

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ESQUEMA DE RECHAZO

AUTOMTICO DE CARGA

POR MNIMA FRECUENCIA

Y SU IMPACTO SOBRE LA

ESTABILIDAD DEL SISTEMA

ELCTRICO INTERCONECTADO NACIONAL

Primera edicin

Enero, 2012

Lima - Per

Rolando Zrate Cspedes &Roberto Ramrez Arcelles

PROYECTO LIBRO DIGITAL

PLD 0444

Editor: Vctor Lpez Guzmn

http://www.guzlop-editoras.com/[email protected]@gmail.comfacebook.com/guzlopster

twitter.com/guzlopster428 4071 - 999 921 348Lima - Per

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PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)

El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigacin(papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital

y difundidos por internet en forma gratuita a travs de nuestra pgina web. Los recursoseconmicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos deedicin y publicacin a terceros, por lo tanto, son limitados.

Un libro digital, tambin conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrnico, es unaversin electrnica de la digitalizacin y diagramacin de un libro que originariamente es editado paraser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza allibro impreso.

Entre las ventajas del libro digital se tienen: su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad), su difusin globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geogrca), su incorporacin a la carrera tecnolgica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable dela competicin por la inuencia cultural), su aprovechamiento a los cambios de hbitos de los estudiantes asociados al internet y a las redessociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento), su realizacin permitir disminuir o anular la percepcin de nuestras lites polticas frente a la supuesta

incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investiga-cin de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no est circunscrita solo a las letras.

Algunos objetivos que esperamos alcanzar: Que el estudiante, como usuario nal, tenga el curso que est llevando desarrollado como un libro (contodas las caractersticas de un libro impreso) en formato digital. Que las profesoras y profesores actualicen la informacin dada a los estudiantes, mejorando suscontenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta. Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevastecnologas. El libro digital bien elaborado, permitir dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnosde las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del pas donde la calidad de laeducacin actualmente es muy deciente tanto por la infraestructura fsica como por el personal docente. E l pe rsona l doc e nte j uga r un ro l de tu tor , fa c i l i ta dor y c onduc tor de proy e c tos

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de investigacin de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electr-nicas recomendadas. Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales ymejorar la sustentacin de sus presupuestos anuales en el Congreso.

En el aspecto legal: Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edicin digital, sin perder su autora, permitiendo

que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita. Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versin digital.

Lima - Per, enero del 2011

El conocimiento es til solo si se difunde y aplica

Vctor Lpez Guzmn Editor

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ESQUEMA DE RECHAZO AUTOMTICO DE CARGA PORMNIMA FRECUENCIA Y SU IMPACTO SOBRE LA ESTABILIDAD

DEL SISTEMA ELCTRICO INTERCONECTADO NACIONAL

Rolando Zrate Cspedes Roberto Ramrez Arcelles

Comit de Operacin Econmica del Sistema Elctrico Interconectado Nacional (COES-SINAC)

RESUMEN

Se expone los criterios utilizados, los anlisisde estabilidad de la frecuencia realizados ylos resultados obtenidos en el diseo yespecificacin del Esquema de Rechazo

Automtico de Carga por Mnima Frecuencia(ERACMF) del Sistema ElctricoInterconectado Nacional (SEIN) del ao2011.

1. INTRODUCCIN

1.1. Necesidad del Rechazo de Carga porMnima Frecuencia

En un sistema elctrico de potencia un sbitodesbalance entre la generacin y lademanda, produce un desequilibrio entre eltorque mecnico de las turbinas y el torqueelctrico de los generadores, dando lugar aun cambio en la frecuencia del sistema [1].Si la demanda resulta mayor que lageneracin, la frecuencia del sistemadisminuye, situacin que se presenta luegode la desconexin intempestiva de unidadesde generacin o cuando la desconexinsbita de lneas de transmisin, provoca laaparicin de reas deficitarias en generacin.Dichas contingencias pueden ser provocadaspor fallas o por errores de maniobra.

En un sistema elctrico de potencia, laoperacin a bajas frecuencias debe estarcontrolada en magnitud y tiempo por lassiguientes razones [2]: El deterioro del funcionamiento de los

servicios auxiliares de las unidades degeneracin.

Aparicin de peligrosos esfuerzosmecnicos en los labes de las turbinasde unidades de generacin a vapor.

Sobrecalentamiento en los ncleos delos transformadores provocado por unexcesivo flujo magntico(sobreexcitacin), el cual es

inversamente proporcional a lafrecuencia.

Los sistemas elctricos de potencia disponende recursos inherentes y herramientas decontrol, que evitan que la frecuenciadescienda sin control [3]:

En los primeros segundos de ocurrida laperturbacin se manifiesta una accin defreno natural a la cada de frecuencia,proporcionada por las inercias de lasmasas rotantes del sistema.

Luego de unos pocos segundos deocurrido el evento accin se inicia unaaccin de control, denominadaregulacin primaria de frecuencia,proporcionada por los reguladores develocidad de las unidades de generaciny culmina algunas decenas de segundosms tarde. Este recurso permite que eldficit de generacin sea asumido por lasunidades que han quedado operativas.

Como resultado, la frecuencia revierte sudescenso, se recupera y estabiliza a unvalor menor al que tena originalmente,en funcin a la magnitud del desbalancey estatismos de los reguladores develocidad.

Finalmente, aparece el efecto de laregulacin secundaria de frecuencia, queconsiste en que unas pocas unidadespredefinidas aumentan su generacinpara que la frecuencia sea restituida alnivel deseado (nominal).

La integridad de los grupos generadores y delos transformadores de un sistema elctricode potencia est respaldada con una serie deprotecciones, entre ellas, las desubfrecuencia y sobreexcitacin.

Si el dficit de generacin provocado por unevento es grande, los recursos de control defrecuencia descritos son insuficientes y la

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frecuencia cae, activndose las proteccionesde mnima frecuencia en unidades degeneracin y el colapso de los serviciosauxiliares, agravndose el dficit degeneracin y la cada de la frecuencia. Comoconsecuencia se produce un colapso porfrecuencia cuyo resultado es la interrupcintotal del suministro elctrico y posiblementedao en el equipamiento no protegido.

Una medida necesaria para prevenir elcolapso por frecuencia es el Rechazo deCarga por Mnima Frecuencia. Este medio dedefensa pertenece a la categora deProtecciones Sistmicas y consiste en ladesconexin de parte de la demanda parapermitir la subsistencia del resto del sistemaelctrico despus del evento.

Un Esquema de Rechazo Automtico de

Carga por Mnima Frecuencia (ERACMF)est constituido por varias etapas que tienenajustes para desconectar bloques de cargapor umbral de frecuencia y/o por gradiente defrecuencia [4].

1.2. Rechazo de Carga por MnimaFrecuencia en el SEIN

En el Sistema Elctrico InterconectadoNacional (SEIN), la normativa relacionada alEsquema de Rechazo Automtico de Cargapor Mnima Frecuencia (ERACMF) estconstituida por:

La Norma Tcnica para la Coordinacinde la Operacin en Tiempo Real de losSistemas Interconectados (NTCOTRSI).

El Procedimiento para Supervisar laImplementacin y Actuacin de losEsquemas de Rechazo Automtico deCarga y Generacin.

De acuerdo con estas normas, el Comit deOperacin Econmica del Sistema ElctricoInterconectado Nacional (COES-SINAC)debe elaborar anualmente un estudio paradefinir el ERACMF. El 1 de enero del ao

siguiente a la elaboracin del Estudio, elERACMF debe estar implementado por losusuarios regulados y libres en formaobligatoria.

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

2.1. Caractersticas del SEIN relevantespara la estabilidad de frecuencia

El SEIN est constituido por tres grandesreas Operativas, conforme se ilustra en elAnexo I. El rea Norte, se extiende desde la

subestacin Chimbote hasta lasubestacin Zorritos, con una red troncalde transmisin radial, conformando unsistema frgil y propenso a que seformen sistemas aislados por ladesconexin de las lneas detransmisin. Las lneas de 220 kVChimbote-Trujillo (L-2232 y L-2233) sonlas que transmiten los mayores flujos depotencia desde el rea Centro hacia elnorte (rea deficitaria en generacin).

El rea Centro, se extiende desde lasubestacin Paramonga por el nortehasta la subestacin Campo Armio porel este, con una red de transmisin masenmallada. Dispone del parque de

generacin ms grande del SEIN (reaexportadora).

El rea Sur, se extiende desde lasubestacin Socabaya hasta lasubestacin Los Hroes. Se interconectacon el rea Centro mediante la lnea de220 kV Mantaro-Cotaruse-Socabaya (L-2051/L-2052/L-2053/L-2054), a travs delas cuales importa energa desde el reaCentro.

En resumen, son crticas para la estabilidadde la frecuencia del SEIN, las desconexiones

de las lneas Chimbote-Trujillo y Mantaro-Cotaruse-Socabaya, as como ladesconexin de las centrales de generacindel rea Centro, en particular, las que seubican en Chilca.

2.2. Nuevas exigencias operativas en elSEIN

Algunos cambios importantes en el SEIN hanmotivado que el ERACMF requiera unamodificacin sustancial para que continegarantizando la estabilidad por frecuencia delSEIN durante el ao 2011 [5].

En Enero de 2011, el lmite detransmisin en la lnea de interconexinMantaro-Cotaruse-Socabaya, queconecta las reas Sur y Centro del SEIN,ha sido incrementado a 300 MW en elextremo Socabaya, sin riesgo de prdidade sincronismo [6]. Previamente, el lmitede transmisin haba sido determinadocon un criterio de estabilidad angular,considerando fallas simultneas en

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ambas ternas de la lnea y ladesconexin de una de ellas [7]. Debidoa una mejora reciente en el desempeode la lnea ante descargas atmosfricas(instalacin de pararrayos en la lnea, enla zona de mayores descargas), laocurrencia de fallas simultneas esaltamente improbable. Sin embargo,estas mejoras no evitan la ocurrencia defallas consecutivas cuya consecuenciaes la desconexin de ambas circuitos.

Est previsto que en julio de 2011 seconcluya el proyecto de repotenciacinde la lnea Mantaro-Cotaruse-Socabaya,que consiste en el incremento del gradode compensacin serie al 65 % einstalacin de un SVC de -100 MVAr/300MVAr en la subestacin Socabaya.Como resultado se espera que la lneapueda trasmitir hasta 505 MVA [8].

Se ha incrementado notablemente el flujopor las lneas Chimbote-Trujillo, debidocrecimiento de la demanda del reaNorte y el retiro de operacin comercialde algunas unidades de generacin dedicha rea.

2.3. Desempeo del ERACMF del ao2010

Se ha analizado cul sera el desempeo delERACMF vigente durante el ao 2010 en elcontexto de las nuevas condicionesoperativas del SEIN descritas.

2.3.1 Desconexin por falla de las lneasL-2053 y L-2054 (Cotaruse-Socabaya)

En mxima demanda del estiaje del 2011, elflujo que transportaran estas lneas es 505MVA en el extremo de recepcin, queequivale a 471 MW. En la Figura 2.1 semuestra que el rea Sur colapsara porfrecuencia.

2.3.2 Desconexin por falla de las lneasL-2232 y L-2233 (Chimbote-Trujillo)

En mxima demanda de la avenida del 2011,el flujo por este enlace es 260 MW en elextremo de envo. La Figura 2.2 muestra queel rea Norte colapsara por frecuencia.

Estos resultados indican que es necesariomodificar sustancialmente el ERACMF paraadaptarlo a las nuevas exigencias operativasdel SEIN.

4.99503.97602.95701.93800.9190-0.1000 [s]

61.25

60.00

58.75

57.50

56.25

55.00

53.75

SOCA220:Electrical FrequencyinHz

Estudio de Rechazo Automtico de Carga/Generacin 2011 Barras_F(1)

EST2011MAX Desconexin de lneas L-2053/L-2054

Date:8/30/2010

Annex: /1

DIgSILENT

Figura 2.1 Comportamiento de la frecuencia en elrea Sur

7.0005.5804.1602.7401.320-0.100 [s]

62.50

60.00

57.50

55.00

52.50

50.00

ZORRITOS_220: Electrical Frequency in Hz

Estudio de Rechazo Automtico de Carga/Generaci n 2011 Barras_F(1)

Date: 8/31/2010

Annex: /1

DIgSILENT

Figura 2.2 Comportamiento de la frecuencia en elrea Norte

3. PROPUESTA DE SOLUCIN

3.1. Criterios para el diseo del ERACMFdel ao 2011

Evitar el colapso por frecuencia delSEIN y de sistemas aisladosimportantes, as como permitir que serestablezca el balance generacin-carga a una frecuencia apropiada.

Ante un fuerte desbalance entre lageneracin y la carga del SEIN, paraevitar la salida indeseada de un grupode generacin, antes de la actuacin

del ERACMF, las unidades degeneracin deben permaneceroperando transitoriamente, antes ydurante la actuacin del ERACMF yhasta antes de que sus proteccionespropias de subfrecuencia acten.

Luego de un evento de frecuencia ydespus de la actuacin del ERACMF,el valor final alcanzado en lasimulacin debera estar prximo a

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59,5 Hz. En la operacin real, luego deun evento que comprometa lafrecuencia, el sistema podra operar aeste valor de frecuencia durante uncierto tiempo (sin transgredir el tiempomximo de exposicin de las turbinasde vapor), mientras que con laregulacin secundaria se lleva lafrecuencia al valor nominal.

Frente a los eventos ms severos, queprovocan cadas de frecuencia dependiente muy pronunciada, elERACMF debe utilizar el criterio dedesconexin por gradiente defrecuencia.

El ERACMF no debe provocarrechazos excesivos que eleven lafrecuencia al punto de activar elEsquema de Desconexin Automticode Generacin por Sobrefrecuencia

(EDAGSF). Se espera que el ERACMF opere

satisfactoriamente en un amplio rangode demanda. La condicin de mnimademanda supone la menordisponibilidad de carga para serrechazada, as como la menor inerciaequivalente; en consecuencia, lasituacin ms peligrosa desde el puntode vista de la estabilidad de frecuencia.Contrariamente, la condicin demxima demanda supone la mayordisponibilidad de carga para ser

rechazada y la mayor inerciaequivalente; en consecuencia, lasituacin ms propensa a que seproduzca rechazos mayores a losnecesarios. Debe procurarse alcanzaruna solucin de compromiso,favoreciendo la seguridad.

El ERACMF ha sido desarrollado apartir de modificaciones al esquemadel ao anterior, a fin de minimizar loscambios que deban hacer los usuarios.

El ERACMF debe activar sus etapasen forma gradual frente a magnitudes

crecientes de prdida de generacin (ode flujo importado en el caso deformacin de sistemas aislados). Elnmero de etapas de los esquemaszonales del ERACMF debeacondicionarse para satisfacer esteobjetivo.

La primera etapa del ERACMF debeser suficiente para afrontar la

desconexin de la unidad ms grandedel sistema.

El umbral de la primera etapa debepermitir que, luego de un evento deprdida de generacin, el sistemadesarrolle todo su efecto inicial defrenado expresado en las inercias delas turbinas y generadores del sistema,mientras que los gobernadores daninicio al proceso de control queconduce al incremento de la potenciade las unidades de generacin. En esesentido, considerando los aspectosnormativos, se ha ratificado el valorvigente de 59,0 Hz como frecuencia deinicio para el ERACMF, y que sesustenta en la indicacin de la NTCSEque admite una variacin sbita de 1Hz.

Luego de la actuacin del ERACMF,

las tensiones en barras de 220 kV y138 kV no deben exceder de lastensiones mximas de servicionormalizadas para estos niveles detensin (245 kV y 145 kV).Sobretensiones inferiores a dichastensiones mximas pueden sercontroladas mediante accionesoperativas dispuestas por elCoordinador del SEIN.

3.2. Criterios de Desempeo ZonalEl ERACMF del ao 2011 ha sido diseado

para responder a las necesidadesindividuales de cada zona del SEIN, conespecificaciones adaptadas alcomportamiento zonal de la frecuencia alaislarse. Entonces, el porcentaje total derechazo de carga en cada ERACMF zonalest especificado para la contingencia mssevera, desde el punto de vista de laestabilidad de la frecuencia, que puedeexperimentar la zona en particular.

El SEIN ha sido dividido en las siguienteszonas:

(i) Zona 1: Comprende al rea Norte delSEIN, a partir de la subestacinTrujillo Norte.

(ii) Zona 2: Comprende al rea Centrodel SEIN e incluye a la subestacinChimbote 1.

(iii) Zona 3: Comprende al rea Sur delSEIN.

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3.2.1 ERACMF de la Zona 1Se disea para evitar el colapso porfrecuencia de esta zona, que ocurrira ante ladesconexin de las lneas de 220 kV L-2232y L-2233 (Chimbote-Trujillo), con unatransmisin mxima total de 260 MW. Dichadesconexin puede ocurrir en formasecuencial, por falla de la primera y por lasobrecarga resultante de la segunda.Esta contingencia ser crtica durante buenaparte del ao 2011, hasta el ingreso enoperacin de las lneas L-2069, L-2070, L-2072 y L-2074, (Conococha - Kiman Ayllu -Cajamarca Norte). Estas nuevas lneasconstituyen un nuevo enlace entre el reaNorte y el rea Centro; por lo tanto, luego desu ingreso, la desconexin de las lneas L-2232 y L-2233 no provocar separacin desistemas.

3.2.2 ERACMF de la Zona 3Ha sido diseado para evitar el colapso porfrecuencia de esta zona, que ocurrira ante ladesconexin de las lneas de 220 kV L-2051y L-2052 (Mantaro-Cotaruse) o L-2053 y L-2054 (Cotaruse-Socabaya). Dichadesconexin puede ser provocada por fallasconsecutivas. El ERACMF de la Zona 3 hasido diseado considerando transmisionesmximas de 300 MW y 505 MVA, medidos enel extremo de Socabaya, que corresponden alas etapas previa y posterior a larepotenciacin de la interconexin Mantaro-

Cotaruse-Socabaya.

3.2.3 ERACMF de la Zona 2Ha sido diseado para proveer el rechazocomplementario a los rechazos de las zonas1 y 3, que evite el colapso por frecuencia detodo el SEIN, en caso de desconectarintempestivamente las centrales que seconectan a la subestacin Chilca REP, porconstituir estas el complejo de generacinms grande del SEIN. Dicha desconexinpuede suceder en circunstancias en queestas centrales tengan que operar en una

misma barra y ocurra una falla en esta ltima.El ERACMF de la Zona 2 ha sido diseadoconsiderando la generacin de las centrales,Chilca, Kallpa y Platanal.

3.3. Modelo dinmico del SEIN yescenarios de anlisis

Se ha utilizado un modelo dinmico del SEIN,implementado en el programa PowerFactory-DIgSILENT.

Entre otras caractersticas, dicho modelocuenta con una representacin completa delsistema de transmisin del SEIN (hasta elnivel de 60 kV) y las unidades de generacinson modeladas incluyendo reguladores develocidad, reguladores de tensin,estabilizadores de sistemas de potencia(PSS) y protecciones de mnima frecuencia.Estn modeladas las protecciones de mnimatensin de los centros mineros de CerroVerde y los de la zona de Cajamarca.

Se ha utilizado escenarios representativos delas condiciones esperadas de operacin delSEIN en mxima, media y mnima demanda,de avenida y estiaje en el ao 2011. Lademanda del SEIN, a nivel de generacin, semuestra en el Cuadro 3.1.

Condicin

hidrolgica

Condicin

de demanda Mxima Media Mnima Mxima Media Mnima

Norte 756 654 492 759 662 481

Centro 3007 2898 1905 3100 2997 2004

Sur 883 757 687 904 782 689

Total SEIN 4 646 4309 3085 4763 4441 3174

Avenida Estiaje

Cuadro 3.1 Demandas (MW) de Generacin, ao 2011

4. DISEO DEL ERACMF DEL SEINPARA EL AO 2011

El ERACMF propuesto para cada una de lastres zonas definidas, resultado del anlisis,se presenta en el Anexo II .

Se destaca que el rechazo total del ERACMFdel rea Sur ha sido incrementado de 39,5%a 59,5%, en razn al aumento del lmite detransmisin por la interconexin Centro-Sur.Ha sido necesario adicionar una sexta etapade 17% con un umbral de 58 Hz, alejado delumbral de la quinta etapa, a fin de garantizarque esta se active solamente cuando se hayahecho efectivo el incremento a 505 MVA y

evitar sobre-rechazos en la condicinanterior.

De modo similar, ERACMF del rea Norte hasido incrementado de 37,5% a 53,5%, enrazn al aumento del flujo por las lneasChimbote-Trujillo. Se ha requerido adicionaruna sexta etapa. Tambin ha sido necesarioreducir la temporizacin de la derivada, de300 ms a 150 ms para apresurar la actuacin

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por pendiente, as como adicionar ajustes porderivada a la cuarta etapa que solamentedesconectaba por umbral.

De otra parte, el porcentaje de las dosprimeras etapas ha sido reducido de 5,2% y7,8% a 4% y 6%, respectivamente. Como seha sealado, la primera etapa estdimensionada para contrarrestar el dficit degeneracin de la unidad de generacin msgrande del SEIN. En tanto la magnitud dedicha unidad se mantenga invariable y lademanda del SEIN se incremente, es naturalque el porcentaje de rechazo requerido parala primera etapa sea menor. Reducir lamagnitud de las dos primeras etapasminimiza la posibilidad de que se produzcansobre-rechazos en eventos que activennicamente dichas etapas (La mayora deeventos activan solamente la primera etapa).

Adicionalmente, se espera que con estamedida, la participacin de las cargas en elrechazo sea ms equitativa en los eventosque activan las dos primeras etapas.

Se presenta a continuacin el desempeo delERACMF en algunas contingencias selectas.

4.1. ERACMF propuesto para el rea Surdel SEIN

Se ha simulado la desconexin por falla enlas lneas L-2053/2054 (Cotaruse-Socabaya),muy cerca de Cotaruse, con apertura

definitiva para provocar la separacin de lossistemas Centro-Norte y Sur. Se haconsiderado los escenarios de avenida yestiaje en que los lmites de transmisin sondistintos, 300 MW y 505 MVA,respectivamente.

4.1.1 Desconexin de LT Cotaruse-Socabaya en avenida

En los escenarios de avenida, el flujo porambas lneas Cotaruse-Socabaya es 300MW en el extremo de recepcin. Por ladesconexin de la LT Cotaruse-Socabaya, el

rea Sur se separa del resto del SEIN y sufrecuencia desciende, activando lasprotecciones propias que desconectan 48MW de la carga de Cerro Verde (en las tres condiciones de demanda). El ERACMF seactiva hasta la etapa 5. La reduccin decarga en Cerro Verde contribuyepositivamente a restablecer el balancegeneracin-carga cuando la falla provoca laseparacin del rea Sur del SEIN.

En el Cuadro 4.1 se resume el resultado deldesempeo del ERACMF y en las Figuras4.1 y 4.2 se muestra el comportamiento de lafrecuencia en el rea Sur.

VALOR

MINIMO

VALOR

FINAL

MAXIMA 300 290 58.57 59.95

MEDIA 300 291 58.37 59.98

MINIMA 300 274 58.21 59.87

FRECUENCIA (HZ)FLUJO PREVIO

EN SOCABAYA

(MW)

RECHAZO

TOTAL

(MW)

CONDICION

DE

DEMANDA

Cuadro 4.1 Resultados en avenida-rea Sur

60.0047.9835.9623.9411.92-0.100 [s]

60.40

60.00

59.60

59.20

58.80

58.40

SOCA220: ElectricalFrequency in Hz

1.273 s58.574 Hz

59.958 s59.945 Hz


Date:

Annex: /2

DIgSILENT

Figura 4.1 Comportamiento de la frecuencia en elrea Sur para mxima demanda en avenida

60.0047.9835.9623.9411.92-0.100 [s]

60.40

60.00

59.60

59.20

58.80

58.40

58.00


1.454 s58.208 Hz1.454 s58.208 Hz

59.932 s59.868 Hz59.932 s59.868 Hz


Date: 9/29/2010

Annex: /2

DIgSILENT

Figura 4.2 Comportamiento de la frecuencia en elrea Sur para mnima demanda en avenida

4.1.2. Desconexin de LT Cotaruse-Socabaya en estiaje

En los escenarios de mxima y mediademanda en estiaje, el flujo por ambas lneasCotaruse-Socabaya es 505 MVA en elextremo de recepcin, que equivalen a 471MW y 464 MW, respectivamente;en elescenario de mnima demanda el flujo es 408

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MW, sin alcanzar el lmite de 505 MVA. Porla desconexin de la LT Cotaruse-Socabaya,el rea Sur se separa del resto del SEIN y sufrecuencia desciende, activando lasprotecciones propias que desconectan 48MW de la carga de Cerro Verde (en las trescondiciones de demanda). El ERACMF seactiva hasta la etapa 6, rechazando lasmagnitudes mostradas en el Cuadro 4.2. Enlas Figuras 4.3 y 4.4 se muestra elcomportamiento de la frecuencia en el reaSur.

CONDICION FL UJO PREV IO RECHAZO

DE EN SOCABAYA TOTAL VALOR VALOR

DEMANDA (MW) (MW) MINIMO FINAL

MAXIMA 471 463 57.09 60.00

MEDIA 464 398 56.75 59.63

MINIMA 408 350 57.18 59.75

FRECUENCIA (HZ)

Cuadro 4.2 Resultados en estiaje-rea Sur

60.0047.9835.9623.9411.92-0.100 [s]

61.00

60.00

59.00

58.00

57.00

56.00


1.194 s57.092 Hz1.194 s57.092 Hz

59.949 s60.009 Hz59.949 s60.009 Hz

Estudio de Rechazo Automtico de Carga/Gener acin 2011 Barras_F(1)

Date: 9/29/2010

Annex: /2

DIgSILENT

Figura 4.3 Comportamiento de la frecuencia en el reaSur para mxima demanda en estiaje

60.0047.9835.9623.9411.92-0.100 [s]

61.00

60.00

59.00

58.00

57.00

56.00


1.303 s57.175 Hz1.303 s57.175 Hz

59.834 s59.748 Hz59.834 s59.748 Hz


Date:

Annex: /2

DIgSILENT

Figura 4.4 Comportamiento de la frecuencia en el reaSur para mnima demanda en estiaje

4.2. ERACMF propuesto para el reaNorte del SEIN

Se ha simulado una falla bifsica a tierra enel punto medio de la lnea L-2232 (Chimbote-Trujillo) y apertura definitiva, seguida de ladesconexin de la lnea L-2233, en losescenarios de avenida.

4.2.1. Desconexin de lneas Chimbote-Trujillo en avenida

Por efecto de la desconexin de las lneasChimbote-Trujillo, las protecciones propiasdesconectan 21 MW de las cargas deCajamarca. Como consecuencia de laseparacin del rea Norte del SEIN, sufrecuencia desciende y activa el ERACMFhasta la etapa 6.En el Cuadro 4.3 se resume el resultado deldesempeo del ERACMF y en las Figuras

4.5 y 4.6 se muestra el comportamiento de lafrecuencia en el rea Norte.

VALOR

MINIMO

VALOR

FINAL

MAXIMA 260 277 57.92 60.34

MEDIA 260 235 57.56 59.67

MINIMA 210 162 57.60 59.28

CONDICION

DE

DEMANDA

FLUJO PREVIO

EN CHIMBOTE 1

(MW)

RECHAZO

TOTAL

(MW)

FRECUENCIA (HZ)

Cuadro 4.3 Resultados en avenida-rea Norte

60.0047.9835.9623.9411.92-0.100 [s]

61.00

60.00

59.00

58.00

57.00

ZORRITOS_220: ElectricalFrequency in Hz

1.598 s57.915 Hz

59.912 s60.340 Hz


Date: 9/29/2010

Annex: /1

DIgSILENT

Figura 4.5 Comportamiento de la frecuencia en el reaNorte para mxima demanda en avenida

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25.6520.5015.3510.205.050-0.100 [s]

61.00

60.00

59.00

58.00

57.00

ZORRITOS_220: ElectricalFrequency in Hz

24.153 s59.278 Hz24.153 s59.278 Hz

1.232 s57.601 Hz1.232 s57.601 Hz


Date: 9/29/2010

Annex: /1

DIgSILENT

Figura 4.6 Comportamiento de la frecuencia en el reaNorte para mnima demanda en avenida

4.3. ERACMF propuesto para el reaCentro del SEIN

Se ha simulado la desconexin simultnea

de las centrales conectadas a la subestacinChilca REP (Chilca, Kallpa y Platanal), en losescenarios de estiaje, en los cuales sepresenta el mayor despacho.

4.3.1. Desconexin de la generacin de lasubestacin Chilca-REP en estiaje

Como consecuencia de la prdida degeneracin, la frecuencia del SEIN desciendey activa el ERACMF hasta la etapa 5(mxima, media y mnima demanda). Enmnima demanda se activa tambin la etapade reposicin (etapa 7).En el Cuadro 4.4 se resume el resultado deldesempeo del ERACMF y en las Figuras4.7 y 4.8 se muestra el comportamiento de lafrecuencia en el rea Centro.

VALOR

MINIMO

VALOR

FINAL

MAXIMA 1227 1190 58.60 59.6

MEDIA 1176 1290 58.57 60.3

MINIMA 1075 1039 58.50 59.96

CONDICION

DE

DEMANDA

GENERACION

PREVIA EN

CHILCA (MW)

RECHAZO

TOTAL

(MW)

FRECUENCIA (HZ)

Cuadro 4.4 Resultados en avenida-rea Norte

60,0047,9835,9623,9411,92-0,100 [s]

60,40

60,00

59,60

59,20

58,80

58,40

SJNLS\SANJUAN220 : Electrical Frequency in Hz

2.431 s58.601 Hz2.431 s58.601 Hz

59.907 s59.603 Hz59.907 s59.603 Hz


Date: 9/29/2010

Annex: /2

DIgSILENT

Figura 4.7 Comportamiento de la frecuencia en el reaCentro para mxima demanda en estiaje

60,0047,9835,9623,9411,92-0,100 [s]

62,00

61,00

60,00

59,00

58,00

SJNLS\SANJUAN 220: Electrical Frequency in Hz

2.403 s58.501 Hz2.403 s58.501 Hz

59.912 s59.959 Hz59.912 s59.959 Hz

30.664 s59.014 Hz30.664 s59.014 Hz


Date: 9/29/2010

Annex: /2

DIgSILENT

Figura 4.8 Comportamiento de la frecuencia en el reaCentro para mnima demanda en estiaje

4.4. Desempeo del ERACMF propuestoante eventos de desconexin deunidades de generacin

Se ha evaluado el desempeo del ERACMFpropuesto para el ao 2011 ante ladesconexin de una amplia gama deunidades de generacin. La simulacin deestos eventos ha permitido distribuir mejorlos rechazos totales de los esquemaszonales. Se ha escogido unidades ycentrales cuyo despacho sea superior a 150MW, pues a partir de esta desconexin degeneracin se puede activar al umbral de la

primera etapa.

En el Anexo III, se muestra grficamente losindicadores de desempeo del ERACMF,agrupados en avenida y estiaje. Se presentalos valores de frecuencias mnima y final, lamagnitud total del rechazo y las etapasactivadas. Los resultados se consideransatisfactorios.

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5. COMPORTAMIENTO DEL ERACMFIMPLEMENTADO DURANTE EL AO2011

En el transcurso del ao 2011 se registraronvarios eventos en los que la actuacin del

ERACMF evit el colapso del SEIN.Destaca en particular, el evento ocurrido el31.01.2011 a las 23:00 horas, en que unanevada provoc la desconexin por falla dela lnea L-2054; cinco minutos despus,ocurri lo mismo con la lnea L-2053. Comoconsecuencia, la frecuencia en el rea Surdisminuy hasta 58,32 Hz. Se activ elERACMF hasta la etapa 5, interrumpiendo223 MW. El flujo por ambas lneas antes delevento era 292 MW. En la figura 5.1 seaprecia, que luego de su separacin delSEIN y de la actuacin del ERACMF, el reaSur mantiene la estabilidad de la frecuencia.

Figura 5.1 Registro de frecuencia en las subestaciones

San Juan y Socabaya

6. CONCLUSIONES

El incremento de los flujos de potencia en laslneas de transmisin Mantaro-Cotaruse-Socabaya y Chimbote-Trujillo ha hechonecesario introducir importantesmodificaciones al Esquema de Rechazo

Automtico de Carga por Mnima Frecuenciadel SEIN, para su operacin durante el Ao2011 y as continuar garantizando laestabilidad de la frecuencia del sistema.

7. REFERENCIAS BIBLIOGRFCAS

[1] P. Kundur, Power System Stability andControl, Mc Graw Hill, 1994.

[2] IEEE, C37.106 IEEE Guide forAbnormal Frequency Protection forPower Generating Plants, 2003.

[3] Fabio Saccomanno, Electric PowerSystems, IEEE Press, 2003.

[4] General Electric, Load Shedding, LoadRestoration and Generator ProtectionUsing Solid-state andElectromechanical UnderfrequencyRelays.

[5] COES-SINAC, Informe Final Estudiode Rechazo Automtico deCarga/Generacin del SEIN - Ao2011, Setiembre 2010.

[6] COES-SINAC/ESC, Informe Parte IIIEstudio de Tensiones de Operacin yEstabilidad del SEIN Ao 2010,Junio 2010.

[7] COES-SINAC, Informe Tcnico Lmitede Transmisin por Estabilidad en lalnea Mantaro-Socabaya en ladireccin Centro Norte a Sur, Julio2007.

[8] ISA/CONCOL, Estudio de lacompensacin serie para la lnea detransmisin a 220 kV Mantaro-Cotaruse-Socabaya, 2009.

[9] Informe COES/D/DO/SEV/ERACG-008-2011.

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ANEXO IREAS OPERATIVAS Y DEFINICIN DE

ZONAS PARA LA APLICACIN DEL ERACMF

ANEXO IIESPECIFICACIONES DEL ESQUEMA DE

RECHAZO AUTOMTICO DE CARGA(ERACMF) DEL SEIN PARA EL AO 2011

ERACMF de la Zona 1

Nmero Porcentaje

de de re cha zo FR EC UE NC IA T EMP OR IZAC IO N AR RAN QU E P EN DIE NT E T EMP OR IZAC ION

Etapas en c/etapa (Hz) (s) Hz (Hz / s) (s)

1 4,0% 59,00 0,15 59,8 -0,75 0,15

2 6,0% 58,90 0,15 59,8 -0,75 0,15

3 10,0% 58,80 0,15 59,8 -0,75 0,15

4 9,0% 58,70 0,15 59,8 -0,75 0,15

5 11,0% 58,60 0,15

6 11,0% 58,50 0,15 (1) La temporizacin de los rels de derivada

7 2,5% (2) 59,10 30,0 no incluye el tiempo requerido por cada rel

(2) Respaldo para reponer la frecuencia si luego de los para la medicin de la derivada de la frecuencia

rechazos se queda por debajo de 59,1 Hz

RELES DE DERIVADARELES DE UMBRAL

ERACMF de la Zona 2

Nmero Porcentaje

de de re cha zo FR EC UEN CIA T EMP OR IZAC IO N AR RAN QU E P EN DIE NT E T EMP OR IZAC ION


1 4,0% 59,00 0,15 59,8 -0,65 0,152 6,0% 58,90 0,15 59,8 -0,65 0,15

3 7,0% 58,80 0,15 59,8 -0,65 0,15

4 5,0% 58,70 0,15 59,8 -1,1 0,15

5 5,0% 58,60 0,15





RELES DE UMBRAL RELES DE DERIVADA

ERACMF de la Zona 3 (rea Sur)

Nmero Porcentaje

de de re cha zo FR EC UE NC IA T EMP OR IZAC IO N AR RAN QU E P EN DIE NT E T EMP OR IZAC ION


1 4,0% 59,00 0,15 59,8 -1,1 0,15

2 6,0% 58,90 0,15 59,8 -1,1 0,15

3 10,0% 58,80 0,15 59,8 -1,1 0,15

4 11,0% 58,70 0,15 59,8 -1,5 0,15

5 9,0% 58,60 0,15





(3) En la Zona Sur, la temporizacin de los rels de derivada de frecuencia de las cargas asociadas a las subestaciones Quencoro, Cachimayo, DoloresPata, Machupicchu y Abancay es 0,35 s

RELES DE UMBRAL RELES DE DERIVADA

ANEXO IIIDESEMPEO DEL ERACMF DEL SEIN

PROPUESTO PARA EL AO 2011 FRENTE ACONTINGENCIAS DE GENERACIN

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