Archive for the ‘Estabilidad’ Category
La estabilidad de frecuencia de un sistema está íntegramente relacionada con la generación de potencia activa. La inestabilidad de la frecuencia se presenta al existir oscilaciones muy severas de la generación o de la demanda.
La generación eólica se genera a partir de la velocidad del viento, la cual es incontrolable y posee un gran nivel de variabilidad por lo cual se puede presentar un escenario en que existen velocidades de viento altas y minutos después velocidades de viento bajas. Esta incertidumbre se muestra en la siguiente figura:
Lo presentado es ejemplo de la gran variabilidad de la generación eólica, lo cual a primera instancia provocaría cierta reticencia a su introducción masiva al sistema, por temas de estabilidad de frecuencia de corto y largo plazo.
Sin embargo, existen estudios donde se ha comprobado que la variabilidad de los parques decrece entre mayor sea el número de unidades y mayor sea el área geográfica en que se ubiquen. Lo siguiente se presenta en la figura y tabla mostrados a continuacíón.
La tabla anterior indica las máximas variabilidades de generación eólica para distintas escalas de tiempo, y distintas regiones según área y número de parques. Esta table permite determinar que la variabilidad aumenta entre mayor sea la escala de tiempo, de variaciones menores al 10% para los minutos, hasta variaciones del 80% para 12 horas. Además se puede observar que entre más parques estén instalados en la zona, menores son las variaciones, esto se verifica comprobando las variaciones de las zonas de Irlanda y Alemania que son menores a las de EEUU debido al mayor número de parques dentro de las zonas de estudio.
Por último… lo expresado anteriormente permite dilucidar que el viento tendrá menor variabilidad entre menor sea la escala de tiempo, por ende para escala de tiempos de segundos ésta es prácticamente nula, lo cual implica que durante las simulaciones dínámicas se podrá suponer que la velocidad del viento se mantendrá constante.
Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
Group of Mathematical Modeling and Numerical Simulation (GMMNS).
Universidad Nacional de Ingeniería. Lima, Perú.
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La introducción masiva de generación eólica a un sistema eléctrico interconectado puede provocar inestabilidades de tensión, relacionándose el nivel y seriedad de estas inestabilidades con la tecnología de generación implementada. A continuación, se expone con más detalle las inestabilidades producidas con la tecnología de generadores de inducción de velocidad fija.
La máquina de inducción de velocidad fija requiere de potencia reaciva que induzca en el rotor el campo magnético necesario para inyectar potencia activa a la red. Esto implica que estas máquinas no pueden aportar reactivos en operación normal, razón por la cual necesitan de equipos que le suministren estos reactivos, como máquinas síncronas, banco de condensadores o equipos FACT como Statcoms o SVCs (Compensadores Estáticos de Reactivos).
La máquina de inducción presenta un comportamiento dinámico que se explica a continuación.
El torque electromagnético «Te» desarrollado dentro de una máquina de inducción a cualquier velocidad «n», es función del deslizamiento «s», y proporcional al cuadrado de la tensión en los bornes «V».
Te = f(s). V^2 con s=(n_s – n_mec)/n_s y n = vel. en RPM
El comportamiento dinámico del rotro de la máquina de inducción se rige según la siguiente ecuación:
J . dw/dt = Tm – Te
donde «J» es el momento de inercia del rotor, «w» es la velocidad angular del rotor y «Tm» es el toque mecánico aplicado al rotor.
Durante un cortocircuito cerca de los terminales de un generador de inducción, la corriente de cortocircuito aumenta debido a la contribución de la máquina de inducción y la tensión disminuye en bornes del generador. La disminución de la tensión provoca una disminución de la potencia activa y del torque electromagnético, de tal manera que se crea un desequilibrio con el torque mecánico de la máquina, así produciéndose una aceleración de ésta última.
Una vez despejada la falla, la tensión en bornes del generador aumentará, pero por efecto de la falla, el rotor de la máquina de inducción se ha desmagnetizado. Al estar desmagnetizado el rotor, ya no existe el campo electromagnético entre éste y el estator que posibilite la transferencia de energía a la red. Luego, antes de que el generador pueda volver a generar potencia activa, se requiere que el rotor se magnetice nuevamente, lo cual implica la necesidad de una corriente reactiva alta que re-magnetice el campo electromagnético fenómeno denominado: Excitación Magnética (magnetic inrush). Este incremento de la corriente lleva consigo una disminución de la tensión en bornes del generador.
Una vez que el campo electromagnético a sido restituido, la máquina sigue girando a una velocidad superior de la nominal, lo que significa que la máquina necesitará de mayor potencia reactiva para disminuir su velocidad, lo cual se denomina como excitación mecánica (mechanical inrush), fenómeno que permite desacelerar la máquina pero disminuyendo la tensión en bornes producto de la absorción de reactivos.
Por lo anterior, la tensión en bornes de generación no se recupera completamente, lo que implica que el torque eléctrico tampoco lo hará, traduciéndose en que la máquina continuará acelerándose a menos que el torque electromagnético supere al mecánico.
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La estabilidad de tensión es la capacidad del sistema de mantener la tensión dentro de un rango preestablecido en todas las barras del sistema, luego de sucedida una falla. La inestabilidad de tensión sucede cuando existe una constante reducción o aumento descontrolado de la tensión en las barras de un área. El principal factor causante de la inestabilidad de la tensión es el desequilibrio de reactivos en el sistema.
- Estabilidad de tensión de pequeña perturbación.
La estabilidad de tensión de gran perturbación corresponde a contingencias fuertes como cortocircuitos cercanos a la barra, o la desconexión de máquinas o equipos controladores de tensión. - Estabilidad de tensión de gran perturbación.
La estabilidad de tensión de gran perturbación corresponde a contingencias fuertes como cortocircuitos cercanos a la barra, o la desconexión de máquinas o equipos controladores de tensión.
La estabilidad de tensión también se diferencia de acuerdo al período de estudio, pueden existir inestabilidades en el corto y largo plazo. La inestabilidad de corto plazo involucra el comportamiento dinámico de equipos rápidos, como máquinas de inducción y cargas controladas electrónicamente. En cambio la inestabilidad de largo plazo se debe al límite de topes en los transformadores con cambiadores de Tap derivación bajo carga, limitadores de corriente de excitación de los generadores, o la ausencia de reserva dinámica de reactivos en el sistema.
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La estabilidad de frecuencia corresponde a la capacidad del sistema de mantener el balance entre la generación y la demanda, de esta manera mantenimiento la frecuencia dentro de un rango cercado a la frecuencia nominal (60 Hz en caso de Perú).
La inestabilidad se puede producir debido a oscilaciones no amortiguadas de la frecuencia lo cual puede terminar en las desxonexiones de centrales o cargas del sistema. En sistemas pequeños denominados «islas» la estabilidad de la frecuencia es muy importante, mientras que en sistemas más grandes la estabilidad de la frecuencia toma importancia en caso de contingencias muy severas que llevan al sistema a operar en varios subsistemas o «islas».
La estabilidad de frecuencia en el corto plazo esta asociada a salidas intempestivas de centrales generadoras o cambios bruscos en la demanda, como la entrada de operación de hornos de arcos eléctricos, lo cual puede causar desequilibrios inestables para el sistema provocando la desconexión de más elementos. En cambio la estabilidad de frecuencia en el largo plazo se debe a descoordinaciones de control y protecciones, o falta de reservas de potencia activa en el sistema para realizar la regulación secundaria de frecuencia y así restablecer el equilibrio.
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La estabilidad angular corresponde a la capacidad de las máquinas síncronas interconectadas al sistema de mantener el sincronismo entre todas ellas, luego de una perturbación. Esto corresponde a mantener el balance entre el torque electromagnético y el torque mecánico de la máquina síncrona. La inestabilidad angular se debe entonces a un desequilibrio entre las fuerzas electromagnéticas y las mecánicas aplicadas a la máquina.
La estabilidad angular se subdivide en dos fenómenos: estabilidad de pequeña señal y estabilidad transitoria.
- Estabilidad de Pequeña Señal.
Corresponde a la estabilidad del sistema de mantener el sincronismo frente a pequeñas perturbaciones. La inestabilidad de pequeña señal se puede deber a un incremento periódico del ángulo de rotor de la máquina lo cual se debe a la ausencia de torques sincrónicos que desaceleren la máquina, o a oscilaciones no amortiguadas de los rotores debido a la ausencia de amortiguación por parte del sistema. - Estabilidad transitoria.
Es la capacidad del sistema de mantener el equilibrio luego de una perturbación grande, fallas en el sistema de transmisión o cortocircuitos. Este depende de punto de operación inicial y la severidad de la falla.
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Good day. My full name is Jorge Luis MIREZ TARRILLO.
I am Peruvian and live in Lima, capital of Perú in South America.I am Mechanical Electrical Engineering, MSc Physics and Dr. Physics (title doctoral thesis: Control, Optimization, and Management of Microgrid Current Direct)
Too, actually job as Principal Professor in Faculty of Oil, Gas and Petrochemical Engineering of Universidad Nacional de Ingeniería (National University of Engineering) in Lima – PERU (Courses: Modern Physics, Differential Equations and Research's Methodology)
My subjects of my interest are control, signal processing, optimization, simulation, biomedical research, smart grid, microgrid, water.
I have experience in Matlab/Simulink programming, biomedical equipment, electrical systems, renewable energies, microgrids, saturated steam systems 100 psi and organizing academic events.
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