m1 - introduccion a la estabilidad
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Curso DIgSILENT
Power Factory v 15.1
ESTABILIDAD EN SISTEMAS DE POTENCIA
Javier H. Vives
SANTIAGO, Agosto 2014
MDULO 1INTRODUCCIN A LA ESTABILIDAD
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INTRODUCCIN
Temtica y Objetivos
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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
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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
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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
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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?
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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?
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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?
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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
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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)
Condiciones Iniciales
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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.
Condiciones Iniciales
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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
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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
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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
Definicin de Variables
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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
Definicin de Variables
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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
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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
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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
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Resultados de lasimulacin Actual
Variables a Graficar
Opciones de Grfico
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INTRODUCCIN
Ejercicio M1.2
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Importar el Proyecto: EjercicioM12.pfd
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
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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
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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
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Importar el Proyecto: EjercicioM13.pfd
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
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Calcular Condiciones Iniciales
Simular 20 segundos
Controlar Ventana de Output
Escaln de 10% en P y Q
INTRODUCCIN
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INTRODUCCIN
Ejercicio M1.3
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Calcular Condiciones Iniciales
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