M2 - Estabilidad en Tension

7/25/2019 M2 - Estabilidad en Tension

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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 2

ESTABILIDAD EN TENSIN


2/70


Temtica y Objetivos

2

Objetivos

Describir los fenmenos involucrados

Presentar las exigencias normativas

Presentar las soluciones utilizadas para el control de la inestabilidad

Temas Principales

Definiciones para el estudio de la estabilidad en tensin

Conceptos

Herramientas para el estudio:

Mtodos de Anlisis

Equipos y mtodos de control existentes en los SEP: Funcionamiento y

Operacin

Control de la Inestabilidad


3/70

Estabilidad en Tensin

Conceptos


4/70


Generalidades

4

Definiciones

La estabilidad en tensin resulta la habilidad del sistema de potencia paramantener tensiones aceptables en todas las barras del sistema bajocondiciones operativas normales y luego de ser sometido a una

perturbacin. El sistema entra en un estado de inestabilidad en tensin cuando una

perturbacin, modificacin en la demanda, o cambio en las condiciones delsistema causa un progresivo e incontrolable decaimiento de la tensin.

El principal factor que provoca la inestabilidad resulta la insuficiencia delsistema para satisfacer la demanda de potencia reactiva.

La inestabilidad de tensin es esencialmente un fenmeno local, sin embargosus consecuencias pueden tener un impacto global sobre el sistema.


5/70


Sistema Radial

5

GUACOLDA

LOS VILOS

PAN DE AZCAR

MAITENCILLO

LAS PALMAS

PUNTA COLORADA

CARDONES

CARRERAPINTO

DIEGO DEALMAGRO

PAPOSOTALTAL Sistema Real

Representacin


6/70


Sistema Radial

6

La estabilidad en estos casos estar

supeditada al tipo de carga:

Z constante estable en un valorinferior de U

P constante inestable


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Exigencias Normativas

7

Control de Tensin

Conjunto de acciones destinadas a mantener la tensin de operacin dentro de losniveles admisibles.

Estado Normal - Alerta

0,97 (0,95) y 1,03 (1,05) por unidad, para instalaciones del ST con tensin nominaligual o superior a 500 [kV].

0,95 (0,93) y 1,05 (1,07) por unidad, para instalaciones del ST con tensin nominaligual o superior a 200 [kV] e inferior a 500 [kV].

0,93 (0,90) y 1,07 (1,10) por unidad, para instalaciones del ST con tensin nominalinferior a 200 [kV].

En Estado Normal, el control de las tensiones del SI dentro de la banda de regulacinpermitida deber efectuarse manteniendo la potencia reactiva de las unidades generadorasdentro del Diagrama P-Q.

En Estado de Alerta, la potencia reactiva aportada por cada unidad generadora sincrnicadeber poder alcanzar el 100% de la capacidad mxima definida en el diagrama P-Q decada unidad, por un tiempo no superior a 30 minutos, siempre que la tensin en losterminales de la unidad est comprendida en los rangos admisibles.


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8

Generador Sincrnico

Curvas de Capacidad

Parque Elico

Parque Solar


9/70



9

Recuperacin Dinmica

Encontrndose en Estado Normal alocurrir una Contingencia hastaseveridad 7, la tensin no deberdescender transitoriamente por debajode 0,70 por unidad luego de 50 [ms] de

despejada la contingencia, en ningunabarra del ST.

La tensin tampoco podr permanecerpor debajo de 0,80 por unidad, por untiempo superior a 1 segundo. Lamagnitud de la tensin en todas lasbarras del SI deber converger a su valorfinal, ingresando dentro de una bandade tolerancia de 10% en torno almismo, en un tiempo no superior a 20segundos, medido desde el instante de

ocurrencia de la contingencia.

0,8pu

0,7pu

50mseg

1seg


10/70


Mtodos de Anlisis


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Curvas P-V

11

Las curvas PV relacionan la potencia transportada haciaun nodo en funcin de la tensin del nodo.

Se construyen mediante sucesivos flujos de potencia,incrementando levemente en cada uno de ellos la

potencia activa de la demanda del nodo.

Sin embargo, a medida que la tensin se acerca al valorcrtica, normalmente el mtodo de resolucin numricadel flujo NO CONVERGE.

Para analizar la inestabilidad en tensin se requiereconocer: lmites de sobreexcitacin de generadores composicin de la carga cambiadores de taps de transformadores

PR

VR

PR

VR


12/70


Curvas P-V

12

Tensin crtica

Zona INESTABLE

Zona ESTABLE

Pmx es la potencia mxima transportada para cos = 1

Aumento de carga Aumento PR


13/70


Curvas P-V

13

Factor de Potencia Constante P Variable

Influencia del Factor de Potencia


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Curvas P-V

14

CT4/J1

ET #1/J2

ET #2/J2

ET #1/J1

ET #2/J1

G~

G_PV

Shunt/Fil..

LAT 220kV 210,00 km

LAT 220kV 210,00 km

LAT220kV

120,00km

LAT220kV

120,00km

XLPE 220 kV10,00 km

XLPE 220 kV10,00 km

LAT220kV

120,00km

LAT220kV

120,00km

Caso de Estudio

Caractersticas del sistema Sistema Radial y Extenso Grandes Consumos

Sin Aporte de Reactivo

Las curvas dependen del

punto donde se realice el

incremento de carga?


15/70


Curvas P-V

15

150,00120,0090,0060,0030,000,00

1,20

1,10

1,00

0,90

0,80

0,70

x-Axis: U_P-Curve: Potencia de Transferencia L ineas LAT 220kV in MW

ET #1\J1: Voltage, Magnitude in p.u.


Y = 0,950 p.u.

DIgSILENT

Tensin ET #1 220kV en funcin de la potencia de la carga ROJO: Incremento de la carga en ET #1, la carga en ET #2

es constante. VERDE: Incremento de las cargas manteniendo la relacin

de potencia entre ellas.

Valor mximo deCarga #1 Y Carga #2

Valor mximo deCarga #1 Y Carga #2

Valor mximo de Carga #1

Carga #2 = 104MW

Valor mximo de Carga #1

Carga #2 = 104MW

Puntos a considerar en el anlisis: Distancia al punto de colapso

70% operacin normal 80% operacin en N-1

Cumplimiento de estndares SyCS Pendiente de la curva

Existe una rutina para su creacin


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Curvas Q-V

16

Las curvas QV indican como la variacin de potenciareactiva afecta la tensin de un nodo.

Se construyen mediante sucesivos flujos de potencia,incrementando/disminuyendo levemente en cada uno de

ellos la potencia reactiva de la demanda del nodo.

Permite detectar los puntos de operacin que seencuentran cercanos a la inestabilidad por consumo depotencia reactiva.

Para analizar la inestabilidad en tensin se requiereconocer: lmites de sobreexcitacin de generadores composicin de la carga cambiadores de taps de transformadores

Qi

VR

Qi

VR


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Curvas Q-V

17

VR

Qi

dQ/dV = 0

Zona INESTABLE Zona ESTABLE


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Curvas Q-V

18

Diferentes

Topologas

Existe una rutina para su creacin


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Sensibilidad

19

Niveles de sensibilidad

Permite evaluar el punto de operacin, calculando las variaciones en tensin queprovoca un leve incremento de potencia activa o reactiva en la red.

Pendiente de la curva PV (QV) en el punto de operacinSe especifica en %/MW (%/MVAr) o pu/MW (pu/MVAr)Mtodos de clculo: Manual Power Factory

(Load Flow Sensitivities)

Resulta til para evaluar lacondicin en la quepermanece el sistema

luego de producida unacontingencia


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Sensibilidad

20

Tensiones kV pu kV pu V kV pu V

ET #1 219,20 0,996 218,90 0,995 0,14% 219,10 0,996 0,05%

ET #2 226,60 1,030 226,50 1,030 0,05% 226,50 1,030 0,05%

ET #3 224,60 1,021 224,60 1,021 0,00% 224,60 1,021 0,00%

Transferencias MW MVAr MW MVAr Q MW MVAr Q

ET #3 - 500/220kV 158,43 12,65 159,39 13,25 0,60 159,35 13,10 0,45

ET #3 - 132/220kV 30,64 -28,79 30,74 -28,81 -0,02 30,74 -28,82 -0,03

ET #3 - ET #2 220kV 99,00 -46,12 100,06 -45,52 0,60 100,02 -45,68 0,44

ET #2 - ET #1 220kV 74,13 -2,35 75,17 -1,49 0,86 74,13 -2,31 0,04

Centrales MW MVAr MW MVAr Q MW MVAr Q

Parque Elico 80,00 33,98 80,00 34,41 0,43 80,00 34,30 0,32

Equipos de Compensac MW MVAr MW MVAr Q MW MVAr Q

SVS - 13,72 - 13,66 -0,06 - 13,67 -0,05

Totales MW MVAr MVAr Q MVAr Q

- - -64,61 - -62,57 2,04 - -63,71 0,90

Caso BaseCarga 14 (ET #1)

+1 MW

Carga 09 (ET #2)

+1 MW

ESTUDIOS DE SENSIBILIDAD

Mtodo manual

Variaciones de 1MW(0MVAr) en distintos

consumos de la red, yanlisis de las variaciones de

tensin

Punto ms critico


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Sensibilidad

21

Power Factory Load Flow Sensitivities

Linealiza las ecuaciones del sistema sobre elpunto de operacin, y sobre la base de lamatriz Jacobiana determina las relaciones

dv/dP y dv/dQ.

AplicacinAplicacin

Visualizacin de resultadosVisualizacin de resultados


22/70


Sensibilidad

22

Curvas de Sensibilidad dV/dP

150,00120,0090,0060,0030,000,00

1,20

1,10

1,00

0,90

0,80

0,70

x-Axis: U_P-Curve: Potencia de Transferencia Lineas LAT 220kV in MW



X = 74,150 MW

74.146 MW

0.990 p.u.

112.961 MW0.900 p.u.

135.832 MW0.780 p.u.

DIgSILENT

150,00120,0090,0060,0030,000,00

0,008

0,006

0,004

0,002

0,000

-0,002

x-Axis: U_P-Curve: Potencia de Transferencia Lineas LAT 220kV in MW

ET #1\J1: dv/dP Sensitivity in p.u./MW

ET #2\J2: dv/dP Sensitivity in p.u./MW

X = 74,150 MW

0.000 p.u./MW

0.001 p.u./MW

74.146 MW0.001 p.u./MW

DIgSILENT

Son muy tiles para analizar el puntode operacin, la distancia al punto de

colapso, y estimar lmites de

transmisin, sin embargo no resultanindicadores restrictivos (no existenparmetros normativos), ynecesariamente deben ser

complementados con anlisisdinmicos

Son muy tiles para analizar el punto de operacin, la distancia alpunto de colapso, y estimar lmites de transmisin, sin embargo no

resultan indicadores restrictivos (no existen parmetrosnormativos), y necesariamente deben ser complementados con

anlisis dinmicos


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ET NIOBE..

ETORACU..

ET NIOBE..

ETORACU..

General L..

Shunt/Fil..

LAT 220kV.LAT 220 kV

LAT 220kV.LAT 220 kV

LAT220kV

.

LAT220kV

.

LAT220kV

.

LAT220kV

.

Static Generator QV

SG~

Gen.Gene..

Ejercicio M2.1

23

1. Curvas PV Graficar la curva PV para

condiciones de demandaAlta y Baja sobre la Barra de220kV de la ET NIOBE.

2. Curvas PQ Graficar la curva QV paracondiciones de demandaAlta y Baja sobre la Barra de220kV de la ET NIOBE.

3. Sensibilidad Calcular y comparar la

sensibilidad dv/dP para losescenarios de demanda altay baja en barras de NIOBE220kV


24/70


100,0080,0060,0040,0020,000,00

1,10

1,00

0,90

0,80

0,70

0,60

x-Axis: PV Curves: Total Load of selected loads in MW

ET NIOBE\J1

ET NIOBE\J1: Voltage, Magnitude in p.u.

DIgSILENT

Ejercicio M2.1

24

1. Curvas PV Graficar la curva PV para condiciones de demanda Alta y Baja sobre la Barra de 220kV

de la ET NIOBE.

Demanda BajaDemanda Alta

a. Ejecutar la DPL PV Curves en elescenario de Demanda Alta.

b. Guardar los Results dentro de lacarpeta Storage. Nombrarlos

Dda_Alta.

c. Ejecutar nuevamente la DPL con elescenario de Demanda Baja activo.

d. Graficar ambas curvas en un mismogrfico.


25/70


1,401,201,000,800,600,40

150,00

100,00

50,00

0,00

-50,00

-100,00

x-Axis: Static Generator QV: Voltage in p.u.

Static Generator QV: 0 MW

Static Generator QV: 0 MW

DIgSILENT

Ejercicio M2.1

25

2. Curvas QV Graficar la curva QV para condiciones de demanda Alta y Baja sobre la Barra de

220kV de la ET NIOBE.

Demanda Baja

Demanda Alta

a. Poner en Servicio el Static Generator

b. Ejecutar la DPL QV Curves en elescenario de Demanda Alta.

c. Guardar los Results dentro de la

carpeta Storage. NombrarlosDda_Alta.

d. Ejecutar nuevamente la DPL con elescenario de Demanda Baja activo.

e. Graficar ambas curvas en un mismogrfico.


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Ejercicio M2.1

26

3. Sensibilidad Calcular y comparar la sensibilidad dv/dP para los escenarios de demanda alta y baja

en barras de NIOBE 220kV.

a. Utilizar la herramienta Load FlowSensitivities y seleccionar la barradeseada

b. Seleccionar variable dV/dP paramostrar en Flexible Data

c. Comparar los resultados entre losescenarios de demanda alta y baja

Sensibilidad Demanda Alta Demanda Baja

dV/dP 0,00177926 0,00110202


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Simulacin Dinmica

27

El anlisis de estabilidad transitoria del sistema consiste en evaluar la evolucin

temporal de variables claves durante los primeros 20 a 30 segundos, luego deque el sistema es sometido a una gran perturbacin (falla de diseo).


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Simulacin Dinmica

28

Anlisis Pequea SealVariaciones normales de demandaCambio taps

Gran SealFallas en el SistemaPrdida de Generacin

Largo Plazo

Curvas PV Curvas PQ

Sensibilidad Modelos dinmicos de largo Plazo

(cambiadores de taps, limitadores

de excitacin, controles VAR, etc)

Curvas PV (escenario post-falla) Modelos dinmicos de largo Plazo

(cambiadores de taps, limitadoresde excitacin, controles VAR, etc)

Corto Plazo Modelos dinmicos de Corto Plazo

(AVR, modelo de la demanda, etc)


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Control


30/70


Mtodos de Control

30

Sistemas de Excitacn

Control sobre los generadores

Equipos estticos

Capacitores Shunt Reactores Shunt

Capacitores Serie

Dispositivos FACTS

Compensador Esttico de Reactivos (CER)

STATCOMModelo de la demanda

Dependencia de la demanda con la tensin

Esquemas Especiales

Esquemas de Automticos de Desconexin de Carga por Subtensin

Controles de tensin en los SEP


31/70


Sistema de Excitacin

31

Control Elemental

Los AVR resultan los elementos de control de tensin ms importantes en los

sistemas de potencia.


32/70



32

En general los sistemas de excitacin cuentan con las siguientes funciones de limitacin:

OEL: Limita la corriente de campo a valores seguros para la mquina

UEL: Limita el ngulo mantiene la estabilidad

V/Hz: Limita el flujo magntico dentro de la mquina

La salida VOEL modifica lareferencia de tensin del

AVR.

Ejemplo OEL


33/70



33

Curvas de capacidad

Por qu resultan importantes los controles OEL y UEL?


34/70



34

Modelo Matemtico

S A ILI A SI


35/70


Sistemas de Excitacin

35

Representacin en DIgSilent AC1A

avr_EXAC1A: IEEE Modified Type AC1 Ex citation Sy stem

-

KKe

-

-

KKd

Se(Efd)E1,Se1,E2,Se2,0

sK/(1+sT)Kf,Tf

{1/sTTe

0.0

{K/(1+sT)}Ka,Ta

Vrmax

Vrmin

(1+sTb)/(1+sTa)Tb,Tc

FexKc

0

1

1/(1+sT)Tr

avr_EXAC1A: IEEE Modified Type AC1 Ex citation Sy stem

3

2

4

5

0

1

0

1

Vbias

avrref

vuel

voel

Vs

Se

Vr

Fex

vf

Ve uerrsyi2

curex

Vfe

upss

usetp

Vcu

DIgS

ILENT



36/70


Sistemas de Excitacin

36

10,008,0006,0004,0002,0000,000 [s]

1,08

1,06

1,04

1,02

1,00

0,98

G1: Terminal Voltage in p.u.

Y = 1,005 p.u.1.140 s

Y = 1,045 p.u.

Y = 1,058 p.u.

Y = 1,053 p.u.

Y = 1,048 p.u.

1.888 s1.065 p.u.

1.504 s1.045 p.u.

3.200 s1.047 p.u.

DIgSILENT

Parmetros de Desempeo

Cumplimiento de NTSyCS: Sobrevalor < 15% Tiempo de Crecimiento < 400ms

(entre 10% y 90%) Tiempo de establecimiento < 1,5s

(5%)

El Artculo 3-11 de la NTSyCS especifica las exigencias mnimas que deben cumplir las

unidades sincrnicas vinculadas al SI



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Capacitores Shunt

37

Los Capacitores Shunt suministran potenciareactiva e incrementan las tensiones localescorrigiendo el factor de potencia de puntosespecficos.

Ventajas

Bajo costo

Flexibilidad de instalacin y operacin.

Desventajas

La potencia reactiva de salida es proporcionalal cuadrado de la tensin

La regulacin de los sistemas con fuertecompensacin shunt tiende a ser deficiente

En ciertos casos la compensacin shunt por sisola no resulta suficiente para evitarproblemas de inestabilidad

Tiempos de maniobra

C

B42

1

1

1

1

5

5

Elemento Simple



38/70


Reactores Shunt

38

Los Reactores Shunt se utilizan generalmentepara evitar sobretensiones por efecto de lneasen vaco o con baja condicin de carga.

Los mismos pueden ser de conexinpermanente o maniobrables

Elemento Simple

SistemaFuerte

SistemaDbil

Reactoresde Barra

(maniobrables)

Reactorde lnea

(no maniobrable)



39/70


Capacitores Serie

39

Los Capacitores serie se conectan en serie con

las lneas de transmisin para compensar elefecto reactivo de las mismas.

Aumenta la capacidad de transmisin

Reduce las prdidas en la lnea

Elemento Simple



40/70


Capacitores Serie

40



41/70


Capacitores Serie

41

Estabilidad y Capacidad de Transmisin



42/70


Capacitores Serie

42



43/70


Compensador Esttico

43

Los Compensadores Estticos de Reactivo (CER) son dispositivos shunt estticos quevinculados al sistema permiten la absorcin/entrega de potencia reactiva para el controlde variables elctricas del sistema

Tipos

Reactores Saturables (SR)

Reactor controlado por tiristores (TCR)

Capacitor controlado por tiristores (TSC)

Reactor controlado por tiristores (TSR)

Transformador controlado por tiristores (TCT)

Convertidores conmutados (SCC/LCC)

Existen numerosas combinaciones de CER, las cuales contemplan dispositivos controlabley capacitores fijos muchas veces utilizados como filtros armnicos.

Red

MechanicallySwitched

Reactor (MSR)

ThyristorControlledReactor (TCR)

ThyristorSwitchedCapacitor (TSR)

HarmonicFilter

MechanicallySwitchedCapacitor (MSC)



44/70


Compensador Esttico

44

Caracterstica del CER

Caracterstica del Sistema

Max L Min L

Ks

IL

V

Ic

V

Ks

Is

V

Ic

+

I

V

A

BA Sistema DbilB Sistema Fuerte

Cap. Ind.



45/70


Compensador Esttico

45

Caracterstica del CER

V

Cap.

Sistema Operacin Normal

Cambio Topolgico (i.e. prdida de lnea)

Pto. Operacin Normal con CER

Pto. Operacin Normal sin CER

Pto. Operacin Post-contingencia con CER

Pto. Operacin Post-contingencia sin CER

Analizar casos con distintas

caractersticas del sistema y CER

Sistema Fuerte Ks = 0

Sistema Debil Ks = 0

Sistema Fuerte Gran

decaimiento de tensin

Ind.

Is



46/70


K1

K2

J1

J2

1414

SVS

1

00

1

1414

R. Bollenar 66 kV

Compensador Esttico

Modelo DigSILENT CER POLPAICOControl

Esttico yDinmicoFiltro Armnico

TCR

CER +110/-69MVAr



47/70


K1

K2

J1

J2

1414

SVS

1

00

1

1414

R. Bollenar 66 kV

Compensador Esttico

Modelo DigSILENT CER POLPAICOControl

Esttico yDinmico

KKp

K/sG

Bmax

Bmin

(1/(1+sT))Ttir

-

-

-

ConstBcap

Tablaarray_gate

0

1

usetp

gatea

Brefu

Bl



48/70

STATCOM

48

Los Compensadores Estticos (STATCOM) son dispositivos de regulacin de la tensin

basados en una fuente de tensin controlada mediante electrnica de potencia.

Caractersticas

Buen desempeo antecondiciones de baja tensin

Respuesta dinmica rpida.

Colaboracin en fenmenos deinestabilidad transitoria

Rango de operacin amplio

Limitacin (bloqueo) antecondiciones de muy baja tensinen la red



49/70

STATCOM

49

Caracterstica de Operacin



50/70

STATCOM

50

Reactor Current must

not exceed 2078 Amps



SVC2_internalSVC1_internal

LV_Bus

HV_Bus

R

eactor2

MSC

1

SVC Unit 1 SVC Unit 2

R

eactor1

SIC (Diego de Almagro)

Tra

fo_SVC

El SVC Plus , consiste de dos mdulos de

50 MVAr y un banco de condensadores

(MSC) de 533,5F en el nivel de 13,9kV,

totalizando una capacidad de

inyeccin/absorcin de +140 MVAr/-

100 MVAr, disponible de manera continua

en todo el rango de control.






100 MVAr, disponible de manera continua

en todo el rango de control.

Modelo DigSILENT SVC PLUS Diego de Almagro



51/70

STATCOM

51





SVC2_internalSVC1_internal

LV_Bus

HV_Bus

Rea

ctor2

MSC

1

SVC Unit 1 SVC Unit 2

Rea

ctor1

SIC (Diego de Almagro)

Trafo_SVC






100 MVAr, disponible de manera continuaen todo el rango de control.






100 MVAr, disponible de manera continuaen todo el rango de control.

Modelo DigSILENT SVC PLUS Diego de Almagro

El banco de condensadores no cumplela funcin de filtro, lo que permite

maniobrarlo en funcin de losrequerimientos del sistema, para un

adecuado control de tensin.

INOM = 2,07kA



52/70

STATCOM

52

La tensin en el nodo decontrol (Diego de Almagro220kV) es 1pu, para amboscasos

La corriente en cadamdulo es 1pu (70,66MVAren un caso, y -31,81MVAren otro)

Las potencias reactivas,

registradas en el lado de220kV resultan de +140/-100MVAr.

Capacidad Disponible

l l

Ul, Magnitude [kV]

u, Magnitude [p.u.]

Active Pow

Reactive P

Current, M i

Positive-Se i

i l

i l

l l

l i

i

i

i

i

i i i

i l

i l

Load Flow Balanced

Nodes

Ul, Magnitude [kV]

u, Magnitude [p.u.]

Branches

Active Power [MW]

Reactive Power [Mvar]

Current, Magnitude [kA]

Positive-Sequence Current, Magnitude [p.u.]

i l

i l



53/70

STATCOM

53

Se espera que en condiciones normales de operacin, estos equipos se encuentrencontrolando tensin con un reducido intercambio de potencia reactiva (medidosobre el transformador), siendo su objetivo principal colaborar con el controltransitorio de la tensin, brindando un soporte rpido de potencia reactiva.

En estos equipos, los convertidores estn equipados con una proteccin desub-tensin (i.e. 0,3pu), lo que provoca su bloqueo ante fallas. El desbloqueo seproduce cuando la tensin supera un umbral determinado (i.e. 0,5pu)

Para el control de barras de alta tensin, el droop es un parmetro altamentenecesario. Por qu?

!

!

Operacin



54/70

Ejercicio M22

54

Problemtica

Analizar en control de tensin paraproblemticas ocurridas en la red

Evaluar

1. Efecto de los controles de los generadores

2. Efecto del ajuste de controles

3. Comportamiento de bancos de CCEE4. Comportamiento de CER

Importar Ejercicio M22.pfd

A

B_G4

B_G3

E

F

C

B_

G2

B

B_

G1

D

Linea_AC

Linea_220kV

Linea_AC

Linea_220kV

Linea_AB

Linea_220kV

Linea_AB

Linea_220kV

TR_G2420MVA 2..

3

TR_G2420MVA 2..

3

Linea_CD_2

Linea_220kV

Linea_CD_2

Linea_220kV

Linea_BC

Linea_220kV

Linea_BC

Linea_220kV

Linea_EF_2

Linea_110kV

Linea_EF_2

Linea_110kV

Linea_EF_1

Linea_110kV

Linea_EF_1

Linea_110kV

TR_A1

400MVA..

0

TR_A1

400MVA..

0

TR_A2

400MVA..

0

TR_A2

400MVA..

0

Linea_CD_1

Linea_220kV

Linea_CD_1

Linea_220kV

Cap_E

2

Cap_F

3

Load_E2General . .

Load_E1General ..

Load_F2General ..

Load_F1General ..

TR_C2

400MVA..

3

TR_C2

400MVA..

3

TR_G3

150MVA11..

1

TR_G3

150MVA11..

1

G~

G3typG3

G~G1

typG2

G~G2

typG2

G~G4

typG4

TR_G4

320MVA23..

0

TR_G4

320MVA23..

0

TR_G1290MVA 220/13.8..

3

TR_G1290MVA 220/13.8..

3



55/70

Ejercicio M22 Parte 1

55

Parte 1: Generadores de la red SIN Controles

Simular - EVENTO

Definir variables para la simulacin Generar Grficas

Proponer Recursos Estabilizantes - ANLISIS

Falla trifsica franca al 10% de la lnea de 220kVvinculante de las SS/EE A y C

Despeje en 120mseg por apertura de linea Tiempo de simulacin: 10 segundos

Variables a Monitorear - RESULTADOS

Despacho de Generadores? CCEE F/S? Adicin de nuevo equipamiento? Reajuste de Parmetros?



56/70


56

Problemtica

La falla y prdida del vnculo genera el decaimiento de las tensiones

9,9927,9935,9953,9971,9980,000 [s]

1,082

0,878

0,674

0,469

0,265

0,060

A: Voltage, Magnitude in p.u.

B: Voltage, Magnitude in p.u.

B_G1: Voltage, Magnitude in p.u.




C: Voltage, Magnitude in p.u.

D: Voltage, Magnitude in p.u.

E: Voltage, Magnitude in p.u.F: Voltage, Magnitude in p.u.

Y = 1,07 p.u.

Y = 0,93 p.u.

9,9927,9935,9953,9971,9980,000 [s]

2,119

1,939

1,758

1,578

1,397

1,217

G1: Excitation Voltage in p.u.


G3: Excitation Voltage in p.u.G4: Excitation Voltage in p.u.

DIg

SILENT

TensionesInestable Tensin de Campo

GeneradoresSin aporte



57/70


57

Parte 2: Generadores de la red CON Controles

Simular

Repetir falla de Parte 1 Observar Resultados

5,7684,7393,7112,6831,6550,627 [s]

1,200

0,972

0,744

0,516

0,288

0,060









E: Voltage, Magnitude in p.u.

F: Voltage, Magnitude in p.u.

Y = 1,07 p.u.

1.30 s 1.87 s

Y = 0,93 p.u.

5,7684,7393,7112,6831,6550,627 [s]

12,14

9,704

7,267

4,830

2,393

-0,045





D I g

S I L E N T

TensionesEstable

Tensin de CampoGeneradores

Aporte

Sistema

Estable?



58/70

9,9927,9935,9953,9971,9980,000 [s]

1,319

1,120

0,920

0,720

0,520

0,320



B_G1: Voltage, Ma gnitude in p.u.







Y = 1,07 p.u.

Y = 0,93 p.u.

9,9927,9935,9953,9971,9980,000 [s]

12,70

9,216

5,731

2,246

-1,238

-4,723




D I g S I L E N T


58


Simular

Apertura Intempestiva transformador TR_C2 Observar Resultados

TensionesInestable

Tensin de Campo

GeneradoresAporte

Problemtica?

Soluciones?



59/70


59


Evaluar

Tiempo de respuesta de los controles

TensionesInestable

Tensin de Campo

GeneradoresAporte

5,004,003,002,001,000,00 [s]

1,08

1,06

1,04

1,02

1,00

0,98

G1: Positive-Sequence-Voltage, Magnitude in p.u.

Y = 1,048 p.u.1.402 s

Y = 1,053 p.u.

Y = 1,005 p.u.0.089 s

DIg

SILENT

Sobrevalor

Tiempo de Respuesta

Tiempo de Crecimiento



60/70


60

Parte 3: Reajuste de Controles

Simular

Resimular ajustando la ganancia del regulador (GRV1) a10 veces su valor

Comparar resultados

5,004,003,002,001,000,00 [s]

1,08

1,06

1,04

1,02

1,00

0,98

G1: Ajuste Original

G1: Reajuste

Y = 1,048 p.u.0.142 s 1.402 s

Y = 1,053 p.u.0.186 s 0.385 s

Y = 1,005 p.u.0.012 s0.089 s

0.253 s1.054 p.u.

DIgSILENT

Sobrevalor

Tiempo de Respuesta

Tiempo de Crecimiento



61/70


61

Parte 3: Reajuste de Controles

Simular

Apertura Intempestiva transformador TR_C2 Observar Resultados

Problemtica?

Soluciones?

10,008,0006,0004,0002,0000,000 [s]

1,319

1,120

0,920

0,720

0,520

0,320










Y = 0,93 p.u.

Y = 1,07 p.u.

10,008,0006,0004,0002,0000,000 [s]

12,70

9,216

5,731

2,246

-1,238

-4,723




D I g S I L E N T

TensionesEstable

Valor Final



62/70

10,008,0006,0004,0002,0000,000 [s]

1,319

1,156

0,992

0,828

0,664

0,500









E: Voltage, Mag nitude in p.u.


Y = 0,93 p.u.

Y = 1,07 p.u.

10,008,0006,0004,0002,0000,000 [s]

12,70

9,216

5,731

2,246

-1,238

-4,723





DIgSILENT


62

Parte 4: Banco de CCEE

Simular

Apertura Intempestiva transformador TR_C2

Problemtica?

TensionesEstable

Valor Final

Capacitor Cap_F en Servicio



63/70

10,008,0006,0004,0002,0000,000 [s]

0,990

0,959

0,928

0,897

0,866

0,836


0.92 p.u.

10,008,0006,0004,0002,0000,000 [s]

160,0

148,9

137,8

126,8

115,7

104,6

Cap_F: Total Re active Power in p.u. (base: -1,00 Mvar)

CCEE NOMINAL 150MVAr

127.41 MVAr

DIgSILENT


63

Parte 4: Banco de CCEE

CCEERendimiento menor por baja tensin

Soluciones?



64/70

10,008,0006,0004,0002,0000,000 [s]

0,986

0,960

0,934

0,908

0,881

0,855


9.76 s 0.93 p.u.

10,008,0006,0004,0002,0000,000 [s]

160,0

148,9

137,8

126,8

115,7

104,6

Trf_CER: Total Reactive Power/HV-Side in p.u. (base: -1,00 Mvar)

CCEE NOMINAL 150MVAr

9.52 s146.63 p.u.

DIgSILENT


64

Parte 5: Compensador Esttico de Reactivo

CERComportamiento similar al CCEE

Ventajas del CER respecto a los CCEE?



65/70

10,008,0006,0004,0002,0000,000 [s]

0,975

0,953

0,931

0,910

0,888

0,866


10,008,0006,0004,0002,0000,000 [s]

160,1

147,6

135,1

122,6

110,1

97,60

Trf_STATCOM: Total Reactive Power/HV-Side in p.u. (base: -1,00 Mvar)

STATCOM NOMINAL 150MVAr

DIg

SILEN

T


65

Parte 6: STATCOM

STATCOM

El aporte de reactivo no depende de la tensinde la barra

Ventajas del STATCOM? Utilizacin?



66/70

Modelo de la Demanda

66

Comprende un conjunto de ecuaciones algebraicas y diferenciales que evidencian ladependencia de consumo de potencia activa y reactiva con respecto a las magnitudes detensin y frecuencia.

Por lo general, las caractersticas de la demanda resulta dedifcil estimacin debido a la variabilidad de tipos de carga.

Modelo esttico Modelo dinmico

Expresa una caracterstica de la cargaen cada instante de tiempo como una

funcin algebraica de las magnitudesde tensin y frecuencia en eseinstante

Las componentes de potencia activay reactiva en cada instante son

funciones de los valores de tensiny frecuencia de la barra en elpasado y en ese instante.



67/70


67

Modelo ZIP

Expresa la dependencia esttica de la carga respecto a la tensin y la frecuencia. Elnombre deriva de los tres trminos que conforman la potencia activa y la reactiva.

P P0

p1

Vpu2

p2

Vpu p3 1 Kpf f

Q Q0 q1Vpu2 q2Vpu q3 1 Kqf f

p1,

p2,

p3:definen la participacin de cada trmino en P

q1,

q2,

q3:definenla participacin de cada trmino enQ

Kpf y Kqf: representa la dependencia conla frecuencia

Exponente Magnitud constante

2 Impedancia (Z)1 Corriente (I)

0 Potencia (P)



68/70


68

MODELO ESTTICO

MODELO DINMICO



69/70

Esquemas Especiales

69

Para casos especiales se utilizan esquemas automticos para el control de la inestablidad

Dado que algunos fenmenos de inestabilidad en tensin ocurren en tiempos mnimos,resulta incapaz la solucin mediante la respuesta humana.

Por este motivo se disean Esquemas de Desconexin Automtica de Carga (EDAC)ajustados en valores de tensin y tiempo de actuacin determinados mediante estudios.

EDAC:

faultttswitch

0

1

urel_SobreTUtrig_ST,t_ST

urel_subTUtrig_BT,t_BT

EDAC:

out

u

outST

outBT


70/70

FIN DEL MDULO 2

M2 - Estabilidad en Tension

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