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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
Roberto Ramírez A. 2013
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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.
Roberto Ramírez A. 2013
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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.
Roberto Ramírez A. 2013
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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).
Roberto Ramírez A. 2013
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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.
Roberto Ramírez A. 2013
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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:
Roberto Ramírez A. 2013
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.
Roberto Ramírez A. 2013
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.
Roberto Ramírez A. 2013
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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”.
Roberto Ramírez A. 2013
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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.
Roberto Ramírez A. 2013
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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
Roberto Ramírez A. 2013
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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.
Roberto Ramírez A. 2013
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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.
Roberto Ramírez A. 2013
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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
Roberto Ramírez A. 2013
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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.
Roberto Ramírez A. 2013
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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.
Roberto Ramírez A. 2013
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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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