1SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 1
Control de la Estabilidad Transitoria Utilizando Mediciones en Tiempo Real
Daniel Ruiz Vega
Escuela de Verano de Potencia,Universidad Michoacana de San Nicols de Hidalgo,
Morelia, Michoacn, Mxico, del 24 a 26 de Agosto de 2011
2SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 2
Estabilidad de Sistemas de PotenciaEl sistema de potencia es un sistema muy dinmico en el que varan en el tiempo tanto los valores de sus parmetros (impedancias, etc.) como de sus variables (voltajes, corrientes, frecuencia, etc.). Estas variaciones son conocidas como disturbios. La mayor parte de los cambios en el sistema se deben a variaciones normales de la carga y acciones programadas por los ingenieros a cargo de la operacin del sistema.
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hora
C
a
r
g
a
(
M
W
)
1 de enero 1 de junio
Variacin de la carga de un
rea de control del Sistema
Interconectado Nacional
en dos dias diferentes
3SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 3
Sin embargo, tambin ocurren usualmente disturbios repentinos debidos a la ocurrencia de fallas en el sistema, provocadas por descargas atmosfricas, cortocircuitos y otras causas.
La estabilidad de sistemas elctricos de potencia es su habilidad para permanecer en un estado de operacin aceptable a pesar de estar sujeto a cambios (disturbios) repentinos, programados y normales.
Como el sistema de potencia es un sistema no-lineal, el anlisis de estabilidad se realiza y es vlido
solamente para un
punto de operacin y ante una contingencia especfica.
Estabilidad de Sistemas de Potencia
4SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 4
Contextos de aplicacinPara asegurarse que siempre se cumpla el balance generacin-carga las compaas elctricas realizan una serie de decisiones coordinadas que pueden ser divididas en tres etapas principales:
Planeacin del sistema adquisicin de recursos.
Se elige con aos de adelanto entre alternativas para reforzar los sistemas de generacin y transmisin .
Planeacin de la operacin programacin.
Esta etapa incluye tres procesos principales: programacin del mantenimiento, coordinacin hidrotrmica y asignacin de unidades termoelctricas.
Operacin en tiempo real despacho.
Aos/Meses Dias Horas Minutos Segundos Ciclos Tiempo
PlaneacinPlaneacin de la
operacinOperacin en tiempo
real
Construir Mantener Programar OperarACTIVIDADES
MERCADOS Largo plazo Mediano plazo Corto plazo
CONTEXTOS
Dcadas/Aos
Contextos de aplicacin de los estudios de estabilidad
5SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 5
Evaluar la estabilidad en el contexto de operacin ha sido un tema de investigacin abierto desde finales de los aos 60 del siglo pasado. En ese contexto la evaluacin de la estabilidad se realiza dentro de la determinacin de los lmites seguros de operacin del sistema en un estudio de seguridad.
Esto se debe a que el concepto de seguridad ha evolucionado, a partir de 1965, de ser considerada exclusiva del contexto de planeacin del sistema, hasta su sentido presente de ser una condicin instantnea, variante en el tiempo, que debe ser evaluada en el contexto de la operacin de los sistemas de potencia desde un centro de control.
Seguridad de Sistemas de Potencia
6SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 6
Funciones de seguridad en lnea, las cuales evalan y controlan la seguridad del estado actual de operacin del sistema, obtenido a partir de mediciones en lnea, ante una lista de posibles contingencias futuras, empleando un simulador.
Funciones de seguridad en tiempo real, las cuales evalan y controlan la seguridad del estado actual de operacin del sistema despus de que ha ocurrido algn disturbio, empleando mediciones en tiempo real.
Seguridad de Sistemas de PotenciaEvaluar la estabilidad en el contexto de operacin se puede clasificar en dos enfoque principales, los cuales han sido incluidos recientemente en el concepto de las redes inteligentes, dentro del rubro de sistemas autocurativos:
7Seguridad de Sistemas de Potencia
Estructura general de una funcin de seguridad
SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos
8SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 8
Sistema de filtrado de contingencias para estabilidad transitoria.
Estabilizacin de contingencias mltiples.
OPF con restricciones de estabilidad (mtodos secuencial y global).
Creacin de controles de estabilidad adaptables (mtodo OLEC).
Evaluacin y control de oscilaciones en lnea.
Mejora de modelos de componentes del sistema.
Mtodos de validacin de modelos del sistema incluyendo pruebas a generadores, controles y cargas.
Seguridad de Sistemas de PotenciaSe tiene en el grupo de investigacin de fenmenos dinmicos una experiencia de ms de 15 aos y se continua trabajando principalmente en las funciones de seguridad en lnea para estabilidad angular, en los siguientes temas:
9SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 9
Actualmente se est trabajando en una funcin de seguridad en tiempo real para estabilidad angular, la cual fue propuesta a finales de los aos 90 pero que se ha vuelto factible debido al gran desarrollo de los sistemas de medicin fasorial sincronizada, los cuales proveen mediciones en tiempo real.
Aunque existen muchos aspectos an que se deben mejorar para su aplicacin prctica, es una lnea de investigacin muy prometedora que se va a seguir desarrollando en el grupo.
Seguridad de Sistemas de Potencia
10
Grupo de mquinasavanzadas
Grupo de mquinas restantes
1 mquina avanzadaequivalente
1 mquina equivalente
Sistema equivalente de unamquina- bus infinito
(OMIB)
} Systemaequivalentede dosmquinas
Reduccin del sistema original a un sistema de una mquina equivalente
OMIB: One Machine Infinite Bus
Principio
Reemplaza el sistema multimquinas por un sistema tipo mquina-bus infinito variante en el tiempo.
Evala la estabilidad del sistema original al aplicar el criterio de reas iguales al sistema equivalente de una mquina (SIME)
SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos
El Mtodo de la Mquina Equivalente
11
El Mtodo de la Mquina Equivalente
Evolucin del sistema en el tiempo Aplicacin del criterio de reas iguales al OMIB
Identificacin de las mquinas crticas
0uaP 0uaP
SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos
12
El Mtodo de la Mquina Equivalente
2
21 M
Mrgenes y criterios de estabilidad
uu ee r
st
P
Pm Pm
Pe Pe
Aacc Aacc
Adec Adec
Margen Inestable: Margen Estable :
P
ur
dPast
0r 0raP
accdec AA Criterio de reas Iguales :
0uaP 0uaP
SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos
13
El Mtodo de la Mquina Equivalente
Caso inestable, te = 150 ms, evolucin en el tiempo Caso inestable, criterio de reas iguales aplicado al OMIB
Caso estable, te = 145 ms, evolucin en el tiempo Caso estable , criterio de reas iguales aplicado al OMIB
SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos
14
El mtodo tambin provee medios para comprender la dinmica del sistema de potencia por medio de tres representaciones principales:
Curvas de oscilacin multimquinas Curvas de oscilacin del OMIB Curvas P-
del OMIB
SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos
El Mtodo de la Mquina Equivalente
15
Curvas de oscilacin multimquinas Curvas de oscilacin del OMIB Curvas P-
del OMIB
Curvas del plano de fase del OMIB
Filtrado de contingencias Evaluacin detallada
SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos
El Mtodo de la Mquina Equivalente
16SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 16
Mtodo SIME de Emergencia
Control de la Estabilidad Transitoria en Tiempo RealPower System
Real Time Measurements
Predictive SIME: Predictive TSA
Design Corrective ActionTo Prevent loss of Syncrhonism
Trigger Corrective Action
Unstable case(margin
17SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 17
Sistema de Prueba de 3 generadores y 9 nodos
del IEEE
Control de la Estabilidad Transitoria en Tiempo Real
0
.
7
1
6
4
0
.
2
7
0
5
1
.
2
5
0
0
.
5
0
0
.
9
0
0
.
3
0
0.3500-0.1086
0.850
0.0665
1.630
1.0000
7
2
8
5 6
4
1
39
-0.850
0.1496
-0.2410
-0.2430
0.7638
-0.0080 -0.1070
-0.75901.630
0.0665 0.0918
-1.630
0.0312
0.2418
-0.1086
0.850
0
.
8
6
6
2
-
0
.
0
8
3
8
-
0
.
4
0
6
8
-
0
.
3
8
6
9
-
0
.
1
1
3
1
-
0
.
8
4
3
2
0
.
2
2
8
9
0
.
4
0
9
4
0
.
0
1
0
3
0
.
3
0
7
0
-
0
.
3
0
5
4
-
0
.
1
6
5
4
0
.
6
0
8
2
-
0
.
1
8
0
8
-
0
.
1
3
4
6
-
0
.
5
9
4
6
0
.
2
7
0
5
0
.
7
1
6
4
-
0
.
7
1
6
4
-
0
.
2
3
9
3
1.0400 0.0000
1.0250 9.2801
1.0250 4.6648
1.0258 2.2168
0.9956 3.9888 1.0127 3.6874
1.0258 3.7198
1.0159 0.7276
1.0323 1.9668
Falla en el nodo 5 liberada en 0.2 s desconectando la
lnea 5-7
18SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 18
Prediccin de la composicin del OMIB
Control de la Estabilidad Transitoria en Tiempo Real
19SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 19
Prediccin de la inestabilidad del OMIB
Control de la Estabilidad Transitoria en Tiempo Real
20SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 20
Control de la Estabilidad Transitoria en Tiempo Real
1 2 3 4 5 6
Measurement ti
(s) u
(rad) tu
(s) /M (rad/s)2/M (rad/s)2
after shedding
12 0.2550 167.2389 0.5395 -9.2 ---
13 0.2600 165.4839 0.5383 -9.3 ---
It is decided to trip machine 2 at t=0.360s
14 0.2650 163.9060 0.5378 -9.4 0.06
15 0.2700 162.4885 0.5378 -9.4 0.4
16 0.2750 161.2148 0.5383 -9.5 0.07
17 0.2800 160.0718 0.5392 -9.6 0.1
18 0.2850 159.0462 0.5406 -9.6 0.04
19 0.2900 158.1283 0.5424 -9.6 19.6
30 0.3450 152.9081 0.5789 -9.9 66.9
31 0.3500 152.7333 0.5833 -9.9 75.0
32 0.3550 152.5906 0.5878 -9.9 171.8
Machine 2 is tripped
33 0.3600 --- --- 0.22 ---
Resumen del control de E-SIME
21SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 21
Aplicacin del control de estabilidad
Control de la Estabilidad Transitoria en Tiempo Real
22SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 22
Control de la Estabilidad Transitoria en Tiempo Real
Aplicacin del control de estabilidad
23SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 23
Control de la Estabilidad Transitoria en Tiempo Real
Aplicacin del control de estabilidad
24SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 24
Trayectorias de los ngulos de los generadores en el caso controlado
Control de la Estabilidad Transitoria en Tiempo Real
25SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 25
Sistema de Prueba nuevo de 27 generadores y 52
nodos
Control de la Estabilidad Transitoria en Tiempo Real
tcl = 0.39 s
26SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 26
Sistema de Prueba nuevo de 27 generadores y 52
nodos
Control de la Estabilidad Transitoria en Tiempo Real.
7
6
8
9
10
15
16
17
18
3029
11
12
13
14
3132
28
5
4
3
2
1
36
38
34
35
37
39
40
41
19
42
43
45
46
4447
33
49
48
21
20
50
51
22
23
24
25
26
27
52
3.9667
0.6780
-0.1997
10.8503
1.8590
2.09974
2.2099
0.6022
-0.0609
1.4287
-0.0576
1.7600
-0.0576
1.7600
-0.0576
1.7600
-0.0576
1.7600
2.8200
-0.13382.8200
-0.13382.8200
-0.1338
2.8200
-0.1338
2.8200
-0.1338
1.000
-0.32981.000
-0.32981.000
-0.32981.000
-0.3298
1.7600
-0.1994
1.7600
-0.19941.7600
-0.19941.7600
-0.1994
0.4896
1.1556
-0.0381
-3.8667
-0.0381
-3.8667
5.1992
-0.1970
5.6247
-0.4135
7.5051
-0.4842
-0.2149
-5.7204
-0.1361
-6.0308-1.7290
6.1100
-1.5571
6.1100
0.2953
3.3200
0.2953
3.3200
0.2953
3.3200
0.2953
3.3200
0.2953
3.3200
0.2953
3.3200
-0.1618
-3.8324
-0.0920
-4.5781
0.3015
-0.6323
0.5532
-1.1739
6.1539
-0.4026
6.2027
-0.4181
6.2027
-0.4181
0.3230
1.5464
-0.0411
-2.4715
-0.0411
-2.4715
4.4961
-0.76664.4961
-0.7666
0.1485
2.0641
-0.5736
2.0935
0.9435
-0.56810.9435
-0.5681
-0.2407
0.0702
0.6323
0.28701.1739
-0.5265
0.5271
-0.9382
0.5271
-0.9382
-0.2849
1.0271
2.3862
-0.2840
-4.4181
-0.2840
-4.4181
3.9046
-0.7666
3.9046
-0.7666
6.0700
-0.2867
0.2867
-6.0700
0.3137
-6.11366.1136
-0.3137
6.1136
-0.3137 0.3137
-6.1136
0.4249
1.7145
-0.0090
-6.0700
-4.3534
0.3852-0.4159
4.3555
8.2005
-0.1852
0.0008
-6.1136
0.0008
-6.1136
6.1703
-0.7995
6.0308
-0.6308 0.6298
-6.0308
0.6003
2.3500
0.2148
-8.19545.8454
-0.1851
5.7204
-0.4740 0.4740
-5.72041.0027
-7.33407.3340
-1.0027
5.5101
0.0252 -0.0252
-5.5101
-0.0970
-5.1560
1.5107
0.7436
3.6453
-0.6466
-3.8626
0.2973
0.3464
-0.0235-0.0742
-7.3340
-0.0476
-3.61853.6185
0.0476
-0.2813
-0.3463
-0.6595
-5.5101
-0.2505
-3.6185
4.5907
0.17914.5907
0.1791
-3.6732
0.1552
-0.0708
1.6631
-1.3102
3.7266
-1.3149
3.9182
2.8684
-1.2710
6.5466
-0.01666.5466
-0.0166
-0.2443
-4.5864
-0.2443
-4.5864
0.3339
-2.8461
1.1767-5.6299
0.2307
8.4760
-1.7413
2.6596
-0.3535
5.5652
-0.7542
4.4349
-0.7542
4.4349
-0.6238
5.3050
-0.4345
-3.5303-0.4345
-3.5303
-0.3311
-4.3530-0.3311
-4.3530-0.3277
-5.5309
1.2416
2.4805
-0.6169
2.4805
-0.6169
3.8510
-0.2719
4.5993
-0.1869
27SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 27
Control de la Estabilidad Transitoria en Tiempo Real
Trayectorias de los ngulos de los generadores en el caso sin controles
28SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 28
Control de la Estabilidad Transitoria en Tiempo Real
Trayectorias de los ngulos de los generadores en el caso controlado
29SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 29
Simuladores de Sistemas de Potencia
Siempre se han requerido para el anlisis en estado estacionario y dinmico del sistema de potencia
Primeros simuladores: fsicos (1920).
Simuladores analgicos (analizadores de red, 1930)
Simuladores de computadora analgica con elementos de estado slido (1950)
Simuladores de computadora digital (1950)
Simuladores fsicos escalados y especiales (1960)
Simuladores de computadora digital en tiempo real (1994)
30
Simulador Experimental de Sistemas de Potencia
SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos
31SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 31
Simulador Experimental de Sistemas de Potencia
a) Mquina educacional como generador sncrono b) Rotores.
Figura: Mquina educacional de laboratorio de 5 kVA
32SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 32
Simulador Experimental de Sistemas de Potencia
Micro Red
33SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 33
Simulador Experimental de Sistemas de Potencia
Mquina Generalizada AEI Mquina Generalizada Mawdsley
Primeros trabajos Corrientes de cortocircuito
34SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 34
Simuladores Digitales Utilizados por el Grupo
Programa Flujos (Estudio de flujos de potencia)
Programa TRANSTAB (Estudios de estabilidad en el tiempo)
Programa MAPS (Estudios de anlisis modal)
Programa CONT (Estudios de estabilidad de voltaje por el mtodo de flujos de potencia de continuacin)
Programa PSS/E versin 29 de Siemens
Programa DSATools versin 10 de Powertech
Programa Powerworld versin 6
Programa DIGSilent versin 13
Programas propios
Programas comerciales
35SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos
35
Es una herramienta de investigacin que permitir
consolidar las lneas de
investigacin de los profesores nuevos en las reas de proteccin de SEP, estabilidad, mquinas elctricas, transitorios electromagnticos, alta tensin y electrnica de potencia.
Adicionalmente, este equipo ser empleado para ampliar los convenios de
colaboracin con la industria y otras instituciones acadmicas, nacionales y extranjeras.
Es un simulador con 8 ncleos que puede simular sistemas de potencia de hasta 86 nodos y que puede probar equipos en lazo cerrado.
Simuladores Digitales Utilizados por el Grupo
Este equipo complementa y mejora de manera importante la infraestructura experimental de laboratorios de investigacin de los programas de posgrado en ingeniera elctrica
Simulador en Tiempo Real
36SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 36
http://www.sepielectrica.esimez.ipn.mx/dani.htm
Resultados
Pgina del grupo de investigacin de fenmenos dinmicos en redes interconectadas y mquinas elctricas:
37SEPI-ESIME-Zac IPN. Ingeniera Elctrica. Grupo de Investigacin de Fenmenos Dinmicos 37
Control de la Estabilidad Transitoria Utilizando Mediciones en Tiempo RealEstabilidad de Sistemas de PotenciaEstabilidad de Sistemas de PotenciaContextos de aplicacinSlide Number 5Slide Number 6Seguridad de Sistemas de PotenciaSlide Number 8Slide Number 9El Mtodo de la Mquina EquivalenteEl Mtodo de la Mquina EquivalenteEl Mtodo de la Mquina EquivalenteEl Mtodo de la Mquina EquivalenteEl Mtodo de la Mquina EquivalenteEl Mtodo de la Mquina EquivalenteSlide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 25Slide Number 26Slide Number 27Slide Number 28Simuladores de Sistemas de PotenciaSimulador Experimental de Sistemas de PotenciaSimulador Experimental de Sistemas de PotenciaSimulador Experimental de Sistemas de PotenciaSimulador Experimental de Sistemas de PotenciaSimuladores Digitales Utilizados por el GrupoSlide Number 35ResultadosSlide Number 37
Top Related