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DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO EN ELECTROMECÁNICA
TEMA: “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE UNIDAD DE MEDICIÓN
FASORIAL (PMU – PHASOR MEASUREMENT UNIT) PARA EL MONITOREO, CONTROL Y
PROTECCIÓN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS”
AUTORES:
ESPÍN SARZOSA DANNY ALEXANDER
VILLAMARÍN JÁCOME ALEX FERNANDO
ING. DIEGO ORTIZ MSC. ING. WASHINGTON FREIRE
DIRECTOR CODIRECTOR
Latacunga, Julio 2014
Justificación
Objetivos
Introducción
Metodología del proyecto
Caso de estudio
Resultados
Conclusiones
Trabajos futuros
1
En el sistema eléctrico ecuatoriano
las transferencias elevadas de
potencia han provocado en más de
una ocasión inestabilidad de voltaje
en el sistema, por lo que las nuevas
tecnologías basadas en PMUs son
la solución porque permiten
monitorear diferentes puntos de la
red en forma sincronizada y en
tiempo real dando una oportuna
respuesta ante problemas de fallas
y de inestabilidad de voltaje.
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Desarrollar el estado del arte de la estabilidad de voltaje.
Desarrollar el modelo de un Sistema Eléctrico de Potencia y definir
las contingencias que provocan inestabilidad de voltaje.
Validar el modelo de un Sistema Eléctrico de Potencia.
Diseñar e implementar un prototipo de una unidad de medición
fasorial.
Verificar que con la implementación de un PMU se logra mitigar el
fenómeno de inestabilidad de voltaje.
Diseñar e implementar un prototipo de unidad de medición fasorial
(PMU – Phasor Measurement Unit) para el monitoreo, control y
protección de sistemas eléctricos.
3
1920
Reconocida la Estabilidad de Voltaje como importante problema
1930
Analizador de red
1950
Computadora analógica
Ordenador digital
1970
Inestabilidad de voltaje provoca varios colapsos en sistemas eléctricos de potencia
Actualidad
Avances significativos de
estudios de nuevas tecnologías para
mitigar problemas de estabilidad de
voltaje
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1. ESTADO DEL ARTE DE PMUs COMO
HERRAMIENTA DE CONTROL Y
MONITOREO DE UN SEP
2. DISEÑO DEL CASO DE ESTUDIO
3. DEFINIR LAS CONTINGENCIAS
RELACIONADAS CON EL FENÓMENO DE ESTABILIDAD DE
VOLTAJE
4. MODELADO DE UN SISTEMA ELÉCTRICO
DE POTENCIA A TRAVÉS DE UNA HERRAMIENTA
COMPUTACIONAL
5. VALIDACIÓN DE LOS DATOS OBTENIDOS EN
LA SIMULACIÓN A TRAVES DE CÁLCULOS
MATEMÁTICOS
6. ESTUDIO SOBRE EL FUNCIONAMIENTO Y PROGRAMACIÓN DE
UN FPGA
7. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE
LA UNIDAD DE MEDICIÓN FASORIAL
(PMU)
8. VALIDACIÓN DE LOS DATOS OBTENIDOS
CON EL PMU IMPLEMENTADO
5
El Sistema Eléctrico de Potencia en estudio es trifásico balanceado,
implementado con equipos de Laboratorio.
• EMS 8821 Módulo de suministro de
potencia (0-120/208 V 3Ф)
• EMS 8348 Módulo de
transformador trifásico
• EMS 8329 Módulo de la línea de
transmisión trifásica
• EMS 8311 Módulo de resistencia
• EMS 8331 Módulo de capacitancia
6
El circuito en estudio es trifásico balanceado, por lo tanto para el
análisis se toma el equivalente monofásico.
Diagrama unifilar del circuito con
compensación de reactivos
Diagrama unifilar del circuito sin
compensación de reactivos
7
MODELO DEL CIRCUITO SIN
COMPENSACIÓN DE REACTIVOS
MODELO DEL CIRCUITO CON
COMPENSACIÓN DE REACTIVOS
8
Transformador de potencial
Transformador de corriente
Opto TRIAC
TRIAC
Relé
NI sb-RIO 9636
9
10
11
12
13
14
15
Curva P-V realizada con los
valores de la simulación Curva P-V realizada con los
valores calculados
Curva P-V adquirida
con el PMU
16
Perfil de voltaje compensado
obtenido con la simulación
Perfil de voltaje compensado
obtenido con el PMU
17
Análisis del porcentaje de error de los
voltajes sin compensación Error
promedio
4,05%
Error máximo
6,51%
Error promedio
0,30%
Error máximo
0,58%
Valores Simulados – PMU
Instrumento patrón– PMU
18
Análisis del porcentaje de error de las
potencias activas sin compensación Error
promedio
3,35%
Error máximo
8,27%
Error promedio
1,57%
Error máximo
3,58%
Valores Simulados – PMU
Instrumento patrón– PMU
19
Análisis del porcentaje de error de los
voltajes con compensación Error
promedio
7,68%
Error máximo
10,43%
Error promedio
0,34%
Error máximo
0,55%
Valores Simulados – PMU
Instrumento patrón– PMU
20
Análisis del porcentaje de error de los
factores de potencia con compensación Error
promedio
1,76%
Error máximo
3,70%
Error promedio
1,12%
Error máximo
1,20%
Valores Simulados – PMU
Instrumento patrón– PMU
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1. Se desarrolló el estado del arte de la estabilidad de voltaje a nivel
mundial y nacional.
2. El modelo del sistema eléctrico de potencia implementado se
realizó en el software Matlab-Simulink.
3. Se realizó el diseño e implementación del prototipo de unidad de
medición fasorial (PMU) para el monitoreo, control y protección de
un sistema eléctrico.
4. Con una unidad medición fasorial (PMU) con tecnología FPGA es
posible mitigar los problemas de estabilidad de voltaje.
5. Los valores de las mediciones físicas obtenidas con el PMU
implementado se validaron con un instrumento patrón.
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6. En la adquisición de las señales analógicas existieron problemas
de goteo espectral los mismos que fueron mitigados a través de
herramientas de windowing.
7. Se realizó una interfaz para el usuario a través del software
LabVIEW myRIO 2013 para monitorear, controlar y proteger al
sistema eléctrico de potencia implementado.
8. El Kit de Evaluación NI sb-RIO 9636 no dispone de las entradas
analógicas suficientes para adquirir todas las señales.
9. Para obtener los sincrofasores de las señales de voltaje se
utilizaron las señales adquiridas en una misma FIFO.
10. No es factible utilizar el prototipo de PMU implementado en este
proyecto para sistemas eléctricos reales por limitaciones de
hardware.
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Implementación de un sistema de monitoreo y control
con el hardware necesario para la adquisición de todas
las señales físicas de un sistema eléctrico trifásico
desbalanceado.
Implementación de un SVC (Static VAR Compensator)
en el prototipo de Unidad de Medición Fasorial (PMU)
para una compensación más optima.
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