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CAPITULO 1.DEFINICIONES Y CONCEPTOS
FUNDAMENTALES
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SISTEMA ELECTRICO DE POTENCIA (SEP)
Es el conjunto de unidades de generación con susrespectivos controladores, transformadores de todos lostipos, líneas de transmisión, cargas, equipos decompensación reactiva (fijos y controlados), equipos de
protección y maniobra, etc.
PUNTO DE OPERACIÓN O CONDICIÓN DEOPERACIÓN DE UN SEP
Es un grupo de magnitudes que pueden ser medidas ocalculadas y que permiten describir o caracterizar al SEP.
1.1 DEFINICIONES
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CONDICION DE OPERACIÓN EN ESTADO
ESTACIONARIO DE UN SEPEs un estado de operación en el cual todas las magnitudesque caracterizan al sistema pueden ser consideradasconstantes para propósitos de análisis.
OPERACIÓN SÍNCRONA
Una máquina esta en operación síncrona con la red a la
cual esta conectada, si su velocidad angular eléctricapromedio es igual a la frecuencia angular eléctrica de latensión de la red de alterna.
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Un SEP esta en operación síncrona sitodas sus máquinas síncronasconectadas directamente a la red o
mediante un transformador, están enoperación síncrona con la red de alterna.
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COMPORTAMIENTO DE LAFRECUENCIA
EN UN SISTEMA AISLADO
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COMPORTAMIENTO DE LAFRECUENCIA
EN UN SISTEMA INTERCONECTADO(RESTO DEL SEIN)
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(1) El grupo G2 de la CH El Platanal con 107 MW redujo sugeneración lentamente por falsa señal del sensor de temperaturadel cojinete combinado N 3 (26.04.2010).
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(2) La línea de transmisión L-2023 (Tintaya Nueva-Socabaya), quetransportaba 45.7 MW, desconectó por una falla monofásica,produciéndose una reducción total de carga en Antapaccay,Cerro Verde y Hudbay por 73.17 MW (lunes 06 de abril de 2015).
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(3) La línea de transmisión L-2022 (Tintaya Nueva-Socabaya), quetransportaba 45.7 MW, desconectó por una falla monofásica,produciéndose una reducción total de carga en Antapaccay yCerro Verde por 37.26 MW (lunes 06 de abril de 2015)
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(3) Desconectó la unidad G4 de la CH Santiago Antúnez deMayolo con 98.6 MW por falla mecánica en su sistema deregulación de velocidad (20.05.2010).
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(4) Desconectaron las unidades G1 y G2 de la CH San Gabán II conun total de 110.45 MW.
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Evolución en el tiempo de la tensión.
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(6) Falla bifásica a tierra en LT 1020 (en S.E. Callalli)
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(7) Recierre exitoso en LT 1006 (en S.E. Tintaya)
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(8) Recierre no exitoso en LT 1008 (en S.E. Tintaya)
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1.2 ESTABILIDAD DE UN SISTEMAELECTRICO DE POTENCIA
Es la habilidad que le permite permanecer en un
estado de equilibrio bajo condiciones normales
de operación y recuperar un estado de equilibrio
aceptable después de haber sido sometido a
una perturbación.
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La respuesta del sistema a una perturbacióninvolucra a muchos equipos.
Por ejemplo un cortocircuito en un elementoimportante del sistema, despejado por el sistemade protección causará variaciones en la potencia
de transferencia, en la velocidad del rotor de lasmáquinas y en las tensiones en las barras.
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Las variaciones de velocidad provocarán la acción de los gobernadores de lasturbinas.
Asimismo, las variaciones de frecuencia y tensión afectarán a las cargas delsistema de acuerdo a sus características individuales.
Adicionalmente, las protecciones de equipos individuales pueden responder avariaciones de frecuencia y tensión del sistema.
Las variaciones de tensión provocarán la actuación de los reguladores detensión de los generadores y equipos de compensación reactiva de latransmisión.
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El problema es complejo!.
Es necesario hacer asunciones ó supuestos parasimplificarlo y de este modo focalizar el interés en losfactores que influyen sobre el tipo específico de
estabilidad.
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El entendimiento de los problemas de estabilidad ensistemas eléctricos de potencia se ve facilitado por unaclasificación en categorías, asociadas con:
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Estabilidad
de laFrecuencia
Estabilidad de
Tensión
Estabilidad
Angular
Los tipos de estabilidad son:
(1)• El sincronismo de los rotores.
(2)• Los fenómenos de control y estabilización de la tensión.
(3)
• El comportamiento de la frecuencia del sistema.
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Cortaduración
Cortaduración
Largaduración
Cortaduración
Largaduración
Habil idad para permanecer
en un estado de equi l ibr io
Habi l idad para
manteners e en
sincron ismo
Habi l idad
para
man tener la
frecuencia
en el rango
normal
Habi l idad
para
mant ener lastensiones en
estado
estacionario
Pequeñas
perturbaciones
Grandes
perturbaciones
Balance de
torques en
maquinas
Balance
Generación
– Carga
Balance de
potencia
reactiva
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COMPONENTES DE TORQUE ELECTROMAGETICO
Después de una perturbación el torque electromagnético experimenta un
cambio, que se interpreta como:
Te = ks + KD w
Primera componente: torque sincronizante (Ts) y se expresa en función
del cambio en el ángulo del rotor. Si es insuficiente provoca la
inestabilidad (tendencia de crecimiento aperiódico) del ángulo del rotor.
Segunda componente: torque de amortiguamiento (TD) se asocia al
cambio en la velocidad del rotor. Si es insuficiente provoca inestabilidad
oscilatoria.
La estabilidad del ángulo depende de la existencia de
ambas componentes de torque en cada una de las
máquinas síncronas.Roberto Ramírez A. 2013
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La inestabilidad de estado estacionario puede ocurrir y suelepresentarse en dos formas:
(1) Un crecimiento sostenido del ángulo del rotor debido a la carenciade torque sincronizante.
(2) Oscilaciones con amplitudes crecientes del ángulo del rotor porque
el sistema no dispone de un adecuado torque de amortiguamiento.
Roberto Ramírez A. 2013
Fortaleza del
sistema de
transmisión
El tipo de Control
de Excitación de los
generadores
Condiciones
iniciales de
operaciónLa respuesta del sistema ante
pequeñas perturbaciones depende
de los siguientes factores
fundamentales
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1.3.2 ESTABILIDAD TRANSITORIA
Capacidad del SEP de mantener el sincronismo cuando es
sometido a severas perturbaciones.La respuesta del sistema involucra grandes cambios en losángulos del rotor y esta influenciada por la relación no linealde la característica potencia-ángulo.
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Tipo de
Perturbación
(falla)
Ubicación de la
falla.
Condiciones
iniciales de
operación
La Estabilidad Transitoria
depende de:
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El SEP es diseñado y operado de modo que sea establepara un grupo seleccionado de contingencias, tales como
cortocircuitos, de diferentes tipos: monofásico a tierra,bifásico a tierra ó trifásico, asumidos que ocurren en laslíneas de transmisión ó cerca de las barras.
Se asume que las fallas son despejadas mediante laapertura de los interruptores correspondientes que aíslan elelemento fallado.
En algunos casos se utilizan operaciones de apertura yrecierre monofásico.
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En SEP grandes, la inestabilidad transitoria puede no siempre ocurrircomo “inestabilidad de primera oscilación”, la inestabilidad que producegrandes excursiones del ángulo del rotor puede aparecer más allá de la
primera oscilación.
(1) El tiempo de interés (simulación) depende del fenómeno que se
quiera visualizar.
(2) Hasta 1983, algunos autores le habían denominado “estabilidad
dinámica” habiendo sido utilizado ampliamente en la literatura para
denotar esta clase de estabilidad del ángulo del rotor, sin embargo,
CIGRE e IEEE recomendaron solo la denominación de “Estabilidad
Transitoria”.
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En la figura se ilustra el comportamiento de la potencia activa en lalínea L-2054 (Cotaruse-Socabaya) en un evento del 18.03.2007.
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Trigger 18/03/2007
01:55:10 p.m..406
P*
t/s0 1 2 3 4 5 6 7 8
P*/W
-200
-100
0
100
200
VA L2054 A VB L2054 B VC L2054 C
t/s0 1 2 3 4 5 6 7 8
V
-200
-100
0
100
200
IA L2054 A IB L2054 B IC L2054 C
t/s0 1 2 3 4 5 6 7 8
A
-2
-1
0
1
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Durante un evento del 07 de Febrero del año 2003, los grupos G4,G5 y G6 (C.H. Cañón del Pato) sufrieron fuertes fluctuaciones depotencia. El primer cruce por cero indica la pérdida del sincronismo
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
15:28:30 15:28:47 15:29:04 15:29:22 15:29:39 15:29:56
Tiempo
MW
G 4 G 5 G 6
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1.4 ESTABILIDAD DE TENSION Es la habilidad del SEP para mantener tensiones estacionarias
aceptables en todas las barras del sistema bajo condiciones normalesde operación y después de haber sido sometido a una perturbación.
Depende de la habilidad para mantener o recobrar el equilibrio entre la
potencia reactiva exigida por la carga y la potencia reactiva suministrada
desde el sistema de potencia.
(1) Un sistema ingresa a un estado de inestabilidad de tensión cuandouna perturbación, un incremento en la demanda de la carga, o uncambio en la condición de operación ó topología del sistema,
provoca una progresiva e incontrolable caída en la tensión.
(2) El factor principal causante de la inestabilidad es la incapacidad del
SEP para satisfacer la demanda de potencia reactiva.
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La Figura muestra el comportamiento de la tensión en la barra de
220 kV de la S.E. San Juan, cuando esta creciendo la demanda.
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Y el comportamiento de la frecuencia en el mismo lapso de tiempo.
1 5 ESTABILIDAD DE LA FRECUENCIA
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1.5 ESTABILIDAD DE LA FRECUENCIAHabilidad del SEP para mantener frecuencias estacionarias luego deseveros eventos que provocan desbalances entre la generación y la
carga del sistema. Esta habilidad para mantener o recobrar el equilibrioentre la generación y la carga, puede ejecutarse con una desconexiónde carga mínima.
La inestabilidad se presenta con oscilaciones sostenidas de la
frecuencia que provocan la desconexión de cargas por subfrecuencia,de unidades de generación por subfrecuencia o sobrefrecuencia y quepuede propiciar la formación de sistemas aislados (islas).
Los problemas de inestabilidad de la frecuencia están asociados coninsuficiente reserva de generación en las áreas que conforman unsistema, inadecuados ajustes de protecciones propias de centralesimportantes, inadecuada coordinación de las protecciones especialesde frecuencia o de las respuestas de reguladores de velocidad.
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Seguridad: es el grado de riesgo en la habilidad para sobrevivir
inminentes perturbaciones (contingencias) sin interrumpir el servicio
a los usuarios. Depende de la condición de operación y de la
probabilidad de ocurrencia de la perturbación.
Para ser seguro un SEP debe:(1) Ser estable luego de la contingencia y
(2) Llegar a una condición de operación tal que no se viole ninguna
restricción física.
EL SEP debe también ser seguro frente a contingencias que no
estarían clasificadas como problemas de estabilidad (daño a algún
equipo).
1.5 SEGURIDAD DE SISTEMAS DE POTENCIA
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a.- Estabilidad representa la continuidad de la operación intacta del
SEP luego de una perturbación.
b.- Confiabilidad: es la probabilidad de la operación satisfactoria del
SEP durante un determinado periodo largo de tiempo. Denota la
habilidad para suministrar un adecuado servicio eléctrico con pocasinterrupciones sobre un determinado periodo.
Estabilidad y Seguridad son atributos variables en el tiempo.
Confiabilidad es una función de un comportamiento promedio en el
tiempo.
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1. Definition and Classification of Power System Stability,IEEE/CIGRE Joint Task Force on Stability Terms andDefinitions, IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS;VOL. 19; No 2, MAY, 2004.
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EQUIPO POTENCIA (MW) UMBRAL
(kV)
TEMPORIZACIÓN
(ms)
Molino 1
12
18,78
33 Molino 2 12 18,78 33
Molino 3 12 18,78 33
Molino 4 12 18,78 33
EQUIPO POTENCIA (MW) UMBRAL
(kV)
TEMPORIZACIÓN
(ms)
Molino SAG 20,142 18,4 20
Molino bolas 1 11,19 18,4 20
Molino bolas 2 11,19 18,4 20
Molino bolas 3 11,19 18,4 20
Protecciones de mínima tensión del cliente Cerro Verde
Protecciones de mínima tensión del cliente Antamina
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