sistemas de control en SEP
4
1 UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI [Sistemas de Control] APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL EN GENERADORES DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA Mario Darío Arequipa Tandalla Email: [email protected] Hugo Daniel Caguana Lalaleo Email:[email protected] Diego Adrián Tandalla Tandalla Email: [email protected] RESUMEN: Los sistemas de control aplicados en Generadores de Sistemas Eléctricos de Potencia son muy importantes ya su objetivo es obtener el control total mediante dispositivos que actúan juntos de una manera mejor, el objetivo de un sistema eléctrico de potencia es que opere con índices adecuados de seguridad, calidad y economía durante el suministro del servicio de energía eléctrica. ABSTRACT: The control systems used in generators Electric Power Systems are very important since your goal is to gain total control through devices that work together in a better way, the goal of a power system is operating with adequate levels of security, quality and economy for the supply of electricity service. SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA Los sistemas eléctricos de potencia (SEP) son claves para el bienestar y el progreso de la sociedad moderna. Éstos permiten el suministro de energía eléctrica con la calidad adecuada para manejar motores, iluminar hogares y calles, hacer funcionar plantas de manufacturas, negocios, así como para proporcionar potencia a los sistemas de comunicaciones y de cómputo. [2] El punto de inicio de los sistemas eléctricos son las plantas generadoras que convierten energía mecánica a energía eléctrica donde se enfocara a la aplicación de sistemas de control ya que ésta energía es entonces transmitida a grandes distancias hacia los grandes centros de consumo mediante sistemas de transmisión; finalmente, es entregada a los usuarios mediante redes de distribución. [2] Por lo tanto, uno de los criterios importantes es el diseño, operación y control de los sistemas de suministro eléctricos en forma precisa, segura y confiable. Para lograrlo se necesita de recursos humanos altamente capacitados en el modelado matemático y simulación en computadora, tanto de dispositivos eléctricos como de grandes redes eléctricas. [2] COMPONENTES DE UN SEP Figura 1. Componentes de un sistema eléctrico de potencia. Un sistema eléctrico de potencia está compuesto, en términos generales, por los siguientes subsistemas: 1º. GENERACIÓN DE ENERGÍA 2º. TRANSMISIÓN 3º. SUBESTACIONES 4º. DISTRIBUCIÓN 5º. CONSUMO Cada subsistema contiene, a su vez, diferentes componentes físicos. [3] Por razones técnico-económicas, la energía se genera, transmite y distribuye, en forma trifásica. [4]
-
Upload
dario-arequipa -
Category
Documents
-
view
14 -
download
0
description
sistemas de control
Transcript of sistemas de control en SEP
1 UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI [Sistemas de Control]
APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL EN
GENERADORES DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA
Mario Darío Arequipa Tandalla Email: [email protected]
Hugo Daniel Caguana Lalaleo Email:[email protected] Diego Adrián Tandalla Tandalla Email: [email protected]
RESUMEN: Los sistemas de control aplicados en
Generadores de Sistemas Eléctricos de Potencia son
muy importantes ya su objetivo es obtener el control
total mediante dispositivos que actúan juntos de una
manera mejor, el objetivo de un sistema eléctrico de
potencia es que opere con índices adecuados de
seguridad, calidad y economía durante el suministro del
servicio de energía eléctrica.
ABSTRACT: The control systems used in generators
Electric Power Systems are very important since your
goal is to gain total control through devices that work
together in a better way, the goal of a power system is
operating with adequate levels of security, quality and
economy for the supply of electricity service.
SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA
Los sistemas eléctricos de potencia (SEP) son
claves para el bienestar y el progreso de la sociedad
moderna. Éstos permiten el suministro de energía
eléctrica con la calidad adecuada para manejar
motores, iluminar hogares y calles, hacer funcionar
plantas de manufacturas, negocios, así como para
proporcionar potencia a los sistemas de
comunicaciones y de cómputo. [2]
El punto de inicio de los sistemas eléctricos son
las plantas generadoras que convierten energía
mecánica a energía eléctrica donde se enfocara a la
aplicación de sistemas de control ya que ésta energía
es entonces transmitida a grandes distancias hacia los
grandes centros de consumo mediante sistemas de
transmisión; finalmente, es entregada a los usuarios
mediante redes de distribución. [2]
Por lo tanto, uno de los criterios importantes es el
diseño, operación y control de los sistemas de
suministro eléctricos en forma precisa, segura y
confiable. Para lograrlo se necesita de recursos
humanos altamente capacitados en el modelado
matemático y simulación en computadora, tanto de
dispositivos eléctricos como de grandes redes
eléctricas. [2]
COMPONENTES DE UN SEP
Figura 1. Componentes de un sistema eléctrico de
potencia.
Un sistema eléctrico de potencia está compuesto,
en términos generales, por los siguientes subsistemas:
1º. GENERACIÓN DE ENERGÍA
2º. TRANSMISIÓN
3º. SUBESTACIONES
4º. DISTRIBUCIÓN
5º. CONSUMO
Cada subsistema contiene, a su vez, diferentes
componentes físicos. [3]
Por razones técnico-económicas, la energía se
genera, transmite y distribuye, en forma trifásica. [4]
2 UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI [Sistemas de Control]
1.- GENERACIÓN: La energía eléctrica se genera
en las Centrales Eléctricas. Una central eléctrica es una
instalación que utiliza una fuente de energía primaria
para hacer girar una turbina que, a su vez, hace girar
un alternador, que produce energía en corriente alterna
sinusoidal a voltajes intermedios, entre 6.000 y 23.000
Voltios. [3]
2.- TRANSMISIÓN: La energía se transporta,
frecuentemente a gran distancia de su centro de
producción, a través de la Red de Transporte,
encargada de enlazar las centrales con los puntos de
utilización de energía eléctrica. Estas líneas están
generalmente construidas sobre grandes torres
metálicas y a tensiones superiores a 66.000 Voltios. [3]
3.- SUBESTACIONES: Las instalaciones llamadas
subestaciones son plantas transformadoras que se
encuentran junto a las centrales generadoras
(Subestación elevadora) y en la periferia de las diversas
zonas de consumo (Subestación reductora), enlazadas
entre ellas por la Red de Transporte. [3]
4.- DISTRIBUCIÓN: Las redes de distribución de
energía se encuentran en áreas urbanas y rurales,
pueden ser aéreas, o subterráneas (estéticamente
mejores, pero más costosas). La red de distribución
está formada por la red en AT (suele estar comprendida
entre 6.000 a 23.000 Voltios) y en BT (400/230 V). [3]
5.- CONSUMO: En los centros de consumo de la
energía eléctrica, este se puede realizar en baja o alta
tensión. [3]
GENERACION DE ENERGIA
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO
Una presa sirve para contener el agua y formar
tras de sí un embalse. El agua se libera por los
desagües, que fluye por las llamadas tuberías de
conexión hasta la sala de máquinas (una vez filtrada);
la energía cinética del agua acumulada se convierte en
energía cinética de rotación de la turbina, que acoplada
a un alternador de forma solidaria, genera energía
eléctrica. [1]
En el proceso de generación de la energía
eléctrica donde la rotación de la turbina por medio del
agua es la parte elemental, existen sistemas de
regulación de velocidad y de control de turbinas que se
lo realiza por medio de sistemas informáticos diseñados
específicamente con este fin es decir se vincula con los
sistemas de control. [1]
Figura 2. Rotación de la turbina por medio del agua.
EJEMPLO DE APLICACIÓN DE
SISTEMAS DE CONTROL
Figura 3. Sistema de regulación de velocidad y control
de turbinas.
El conjunto turbina-sistema de regulación de
velocidad provee un medio para controlar la frecuencia
y la potencia. [4]
Figura 4. Diagrama funcional de un sistema de
generación de potencia y sus sistemas de control.
3 UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI [Sistemas de Control]
Se analiza el comportamiento de unidades
térmicas, hidráulicas, turbogas y de ciclo combinado en
la regulación de velocidad primaria de frecuencia. [4]
TURBINAS HIDRAULICAS Y SUS
SISTEMAS DE REGULACION
El desempeño de la turbina hidráulica está
influenciado por las características de la columna de
agua que alimenta a la turbina, incluyendo el efecto de:
La inercia de agua.
La compresión del agua.
La elasticidad de las paredes de la tubería de
presión. [4]
Figura 5. Esquema de una central hidráulica.
Las características de la turbina y de la columna
de agua se determinan con las siguientes ecuaciones:
Donde;
U= velocidad del agua
G= posición del distribuidor
H= salto
Ku= constante de proporcionalidad [4]
REGULACION DE VELOCIDAD EN
TURBINAS HIDRAULICAS
La regulación de velocidad en máquinas
hidráulicas involucra a la realimentación del error de la
velocidad para generar una acción de control que actúa
sobre la posición del distribuidor. [4]
Para asegurar la operación estable y paralela de
múltiples maquinas los reguladores de velocidad están
previstos con una característica de estatismo de estado
estacionario. Los valores del estado estacionario son
del orden 5%, una variación de velocidad del 5% causa
un cambio del 100% en la posición del distribuidor o en
la potencia de salida ganancia=20. [4]
Para una turbina hidráulica, un regulador de
velocidad solo con estatismo podría no ser satisfactorio.
[4]
Ejemplo:
La turbina esta es representada por el modelo ya
visto y el regulador de velocidad con una ganancia Kg=
1/R. El generador es representado por un retardo de
primer orden cuya constante de tiempo es función de
las masas rotantes del generador y de la turbina.
Ecuación del movimiento con Tm= 2H. [4]
Realizando el análisis de estabilidad de este
modelo lineal aplicando la tecnica del lugar de las
raíces se determina que R>0,2 para que el sistema sea
estable R>20%, para lo valores típicos del sistema
inestable. [4]
Figura 6. Diagrama de bloques simplificado del control
de velocidad de una central hidráulica con una carga
aislada.
En las turbinas hidráulicas es necesario incluir un
estatismo transitorio para asegurar el comportamiento
estable para los valores pequeños del estatismo
permanente. [4]
Esto se logra con la reducción de la ganancia
transitoria a través de un lazo menor de realimentación.
La realimentación retarda o limita el movimiento d ela
compuerta hasta que el flujo de agua y la potencia de
salida tienen tiempo de crecer. [4]
Con este sistema se consigue un estatismo grande
(baja ganancia) para desviaciones rápidas de
frecuencias y un estatismo normal (alta ganancia) en
estado estacionario. Además asegura una regulación
de velocidad estable en operación aislada. Como
consecuencia la respuesta de la unidad ante cambios
en la frecuencia es relativamente lenta. [4]
4 UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI [Sistemas de Control]
REFERENCIAS
[1] IES Villalba Hérvas (2014, Noviembre 27) Energía Hidráulica [En línea]. Disponible en:
http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2010/10/energia-hidraulica.pdf
[2] Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del
Instituto Politécnico Nacional (2014, Noviembre 27) Especialidad de Sistemas Eléctricos de Potencia [En línea]. Disponible:
http://www.gdl.cinvestav.mx/areas_investigacion/sistemas_electricos_potencia
[3] Tuveras (2014, Noviembre 27) Sistema Eléctrico de
Potencia. [En línea]. Disponible en:
http://www.tuveras.com/lineas/sistemaelectrico.htm [4] D. Colomé. Estabilidad en Sistemas Eléctricos de Potencia,
Sistemas de regulación y de control de turbinas. IEE-UNSJ Argentina. Pp 1-2-3-10.
[5] MENDOZA Romero, SISTEMAS ELÉCTRICOS POTENCIA, 1ª Edición Instituto Politécnico Nacional, México,
1998. [En línea]. Disponible en: http://site.ebrary.com/lib/cotopaxisp/home.action
