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Capítulo 3 Estudios del sistema 3.1 Introducción Un generador incorporado está conectado, por definición, a una red de distribución eléctrica. Esta red es el conducto a través del cual se transporta la energía eléctrica que produce. Desde estas exportaciones pueden tener un efecto significativo en el patrón de flujos en la red, es importante comprobar que no van a degradar la calidad de la oferta de los otros usuarios de la red. En la mayoría de los casos, esta red no ha sido diseñado con el único utilizar del generador. En efecto, puede haber sido la entrega de energía a los consumidores durante muchos años antes de que se encargó el generador incorporado. Si la calificación de este generador es una fracción significativa de la capacidad de la red, tendrá un efecto marcado en el rendimiento de esta red. Recíprocamente, esta red puede restringir severamente el generador de capacidad de exportar energía. Un generador incorporado debe, por tanto, ser analizada como un componente de un sistema. Sus defensores y los propietarios de la red de distribución debe realizar estudios de sistemas para determinar si tendrá que ser reforzada la red para dar cabida a la generador incorporado. En algunos casos, estos estudios del sistema pueden demostrar que, en lugar de reforzar la red, puede ser más rentable para poner límites o restricciones en el funcionamiento del generador. Este capítulo primero revisar los efectos de los cálculos de flujo de potencia,quejar cálculos de nivel, estudios de estabilidad transitoria y electromagnética análisis. Luego, los principios detrás de cada uno de estos tipos de estudios se explicará. Ejemplos de las aplicaciones a la generación integrada realista instalación será presentado y los requisitos de datos será discutido. En este capítulo se debería proporcionar al usuario con el conocimiento y la comprensión que se requiere para utilizar con seguridad los paquetes de software diseñado para realizar estos estudios de sistemas.

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Captulo 3

Estudios del sistema

3.1 Introduccin

Un generador incorporado est conectado, por definicin, a una red de distribucin elctrica. Esta red es el conducto a travs del cual se transporta la energa elctrica que produce. Desde estas exportaciones pueden tener un efecto significativo en el patrn de flujos en la red, es importante comprobar que no van a degradar la calidad de la oferta de los otros usuarios de la red. En la mayora de los casos, esta red no ha sido diseado con el nico utilizar del generador. En efecto, puede haber sido la entrega de energa a los consumidores durante muchos aos antes de que se encarg el generador incorporado.

Si la calificacin de este generador es una fraccin significativa de la capacidad de la red, tendr un efecto marcado en el rendimiento de esta red. Recprocamente, esta red puede restringir severamente el generador de capacidad de exportar energa. Un generador incorporado debe, por tanto, ser analizada como un componente de un sistema. Sus defensores y los propietarios de la red de distribucin debe realizar estudios de sistemas para determinar si tendr que ser reforzada la red para dar cabida a la generador incorporado. En algunos casos, estos estudios del sistema pueden demostrar que, en lugar de reforzar la red, puede ser ms rentable para poner lmites o restricciones en el funcionamiento del generador.

Este captulo primero revisar los efectos de los clculos de flujo de potencia,quejar clculos de nivel, estudios de estabilidad transitoria y electromagntica anlisis. Luego, los principios detrs de cada uno de estos tipos de estudios se explicar. Ejemplos de las aplicaciones a la generacin integrada realista instalacin ser presentado y los requisitos de datos ser discutido. En este captulo se debera proporcionar al usuario con el conocimiento y la comprensin que se requiere para utilizar con seguridad los paquetes de software diseado para realizar estos estudios de sistemas.

3.2 Tipos de estudios del sistema

El diseo de las redes de distribucin es impulsada por dos objetivos fundamentales: la entrega de una aceptable calidad de suministro a los consumidores en condiciones normales condiciones y la proteccin de la integridad del sistema cuando la red est afectados por las fallas.

Las partidas de equipo elctrico instalado por los consumidores (y en particular equipos electrnicos) tienen la intencin de ser operado en un plazo relativamente rango de voltaje estrecho alrededor de la tensin nominal. La tensin en todo Por lo tanto, los nodos de una red de distribucin deben permanecer dentro de este rango para todas las condiciones de carga esperadas. Un programa de flujo de potencia (a veces tambin llamado un programa de flujo de carga) es la herramienta utilizada para comprobar la normalidad estados de funcionamiento de una red de energa elctrica.

Una serie de factores puede daar una red de distribucin: vientos fuertes o acumulacin de hielo puede romper conductores areos, calle descuidada la excavacin puede romper los cables y la decadencia natural o roedores puede debilitar el aislamiento.

Dicho dao crea una avera o un cortocircuito, es decir, un camino ms fcil para la corriente. Fallos no slo son un peligro para la seguridad, pero las corrientes de falla grandes puede daar seriamente el equipo. Programas de clculo de fallos se utilizan para calcular las corrientes de defecto que se produciran para diferentes configuraciones de red y ubicaciones de fallo. Sus resultados se utilizan no slo para comprobar que los componentes de la red tienen una calificacin suficiente para soportar la corriente de defecto, sino tambin para verificar que estas corrientes de falla son suficientemente grande para los dispositivos de proteccin para detectar la culpa!

Los flujos de energa y corrientes de falla sostenidos se calculan asumiendo que el sistema ha alcanzado un equilibrio de estado estacionario, ya sea normal o fallo. Fallos, sin embargo, pueden perturbar este equilibrio hasta tal punto que esta suposicin de estado estacionario ya no es vlido. El sistema de energa luego debe ser tratada como un sistema dinmico. Programas de estabilidad transitoria modelar el sistema utilizando ecuaciones diferenciales en lugar de ecuaciones algebraicas.

Se utilizan para comprobar si todas las mquinas rotativas siguen operar en sincronismo despus de una perturbacin. Si se mantiene el sincronismo, el sistema se considera estable, de lo contrario se considera inestable. Cuando transitorios rpidos deben ser estudiados o el comportamiento de electrnica de potencia o en otros dispositivos no lineales deben ser analizados , los tres tipos de programas descritos anteriormente pueden ser inadecuados . Estos programas son de hecho basado en la suposicin de que las formas de onda de voltaje y corriente son sinusoidal y que el sistema puede ser modelado utilizando fasores . cuando esto hiptesis ya no es vlido o aceptable , el sistema debe ser modelada en una escala de tiempo mucho menor usando un programa transitorio electromagntico.En este tipo de programa , las formas de onda no se supone que son sinusoidal , pero se vuelven a calcular paso a paso utilizando un diferencial detallada representacin ecuacin de todos los componentes del sistema. mientras que tales programas representan el comportamiento del sistema con gran precisin y en gran detalle, su uso requiere una cantidad significativa de destreza.

3.3 Los estudios de flujo de potencia

Teniendo en cuenta todas las generaciones y cargas en un sistema, un clculo de flujo de potenciaproporciona la tensin en todos los nodos en este sistema. Una vez que estos voltajes son conocidos, el clculo de los flujos en todas las ramas es sencillo. Estudios de flujo de potencia son simplemente la aplicacin de clculos de flujo de potencia a una variedad de condiciones de carga y generacin y configuraciones de red . En esta seccin se explica primero los principios bsicos de flujo de potencia clculos utilizando un ejemplo sencillo de dos autobuses. Estos principios son entonces generalizado a las redes que son ms complejos e ilustrado utilizando ejemplos de un esquema de generacin distribuida .

3.3.1 flujo de energa en un sistema de dos Barras

Considere el diagrama de una lnea de un sistema de alimentacin de dos autobuses se muestra enFigura 3.1 . Este sistema se puede modelar como se muestra en la Figura 3.2 . los la resistencia y la reactancia de la lnea se tienen en cuenta, pero su capacitancia se descuida .

Supongamos que la VG tensin del generador y el complejo de energa S inyectado por este generador son conocidos . Nos gustara calcular el VL tensin en la carga .

El poder complejo est relacionada con la corriente y el voltaje por la siguiente expresin :

Figura sistema de energa 3.1 Dos -bus

Figura 3.2 Modelo de un sistema de alimentacin de dos autobuses. Las potencias activas y reactivas son especificada en el bus del generador Estudia Sistema 51

De esta expresin podemos encontrar una expresin para la corriente en trminosde la potencia inyectada y la tensin :

Usando la ley de voltaje de Kirchhoff ' s , la tensin en la carga est dada por

Combinando las ecuaciones . (3.2) y ( 3.3 ), obtenemos

Suponiendo que la tensin del generador se elige como la referencia para elngulos de fase ,

eqn . ( 3.4 ) se convierte en

Si nos dieron los valores de la carga y la tensin deseada en la carga autobs y se les pidi que calcular la tensin del generador , un procedimiento similar producira la siguiente relacin:

Figura 3.3 Modelo de un sistema de alimentacin de dos autobuses. Las potencias activas y reactivas son especificada en el bus de carga

En este caso, el complejo de energa en el bus de carga est relacionada con el voltaje y la corriente por

La extraccin de la corriente de la expresin anterior y sustituyendo en la ecuacin . ( 3.3 ) , obtenemos

No podemos calcular el voltaje en el bus de carga usando la ecuacin . ( 3,9 ) porque este voltaje aparece en una forma no lineal en ambos lados de la ecuacin.

Las relaciones lineales , que son la norma en el anlisis de circuitos , tienen desaparecido porque hemos elegido para describir la carga no en trminos de impedancias o corrientes , pero en trminos de potencia activa y reactiva . este tipo de la ecuacin se suele resolver mediante el siguiente algoritmo iterativo :

Paso 1 Adivina un V0L valor inicial para la tensin de bus de carga (Si no se dispone de informacin , se supone que

Paso 2 Calcular

Paso 3 Si

donde es una tolerancia predefinida , el procedimiento iterativo an no ha convergido. Sea i = i + 1 y vuelva al paso 2 . Paso 4 Si esta condicin se satisface la convergencia , el clculo puede ser detenido.

Una vez que el voltaje en el bus de carga se ha obtenido utilizando esta iterativo procedimiento , la corriente en la lnea se puede calcular utilizando la ecuacin . ( 3.8 ) . los potencias activa y reactiva suministrada por el generador son entonces igual a la cargas activas y reactivas , ms las prdidas activa y reactiva en la lnea :

Ejemplo 3.1 : Supongamos que, dada VG = 1,0 pu , PL = 0,5 pu, QL = 0.3 p.u. , R = 0,01 p.u. y X = 0,1 p.u. , deseamos calcular VL con un exactitud de 0.001 utilizando el algoritmo descrito anteriormente . Tabla 3.1 muestra que la convergencia se alcanza despus de tres iteraciones.

Tabla 3.1 Convergencia registro del clculo de flujo de potencia del ejemplo 3.1

La corriente en la lnea es I = 0.60584 - 33.763 pu Las potencias inyectadas por el generador son PG = 0,50367 p.u. y QG = 0,3367 p.u. tenga en cuenta que puesto que las prdidas reactivas son ms grandes que las prdidas activas , el factor de potencia en el generador es ligeramente menor que el factor de potencia de la carga.

Tenga en cuenta que sistema de energa clculos se llevan a cabo por lo general en per unidad ( p.u. ) en lugar de unidades SI. La transformacin de todas las cantidades al por unidad sistema es una forma de normalizacin tal que la tensin nominal de todos niveles de tensin es igual a 1,0 p.u. Adems, despus de esta transformacin, todos los transformadores estn representados por impedancias . Una discusin detallada de el sistema por unidad se puede encontrar en la mayor parte del sistema elctrico introductoria los libros de texto de anlisis como referencias 1-3 .

3.3.2 Relacin entre las corrientes y voltajes

Ec. ( 3.6 ) se puede escribir de la siguiente forma :

El componente de la cada de tensin en fase con la tensin del generador es dada por

y el componente de la cada de tensin en cuadratura con el generador por voltaje

Figura 3.4 ilustra estas relaciones . Tenga en cuenta que este ejemplo es puramente cualitativo porque la gran cada de tensin se representa en esta figura sera no ser aceptable en un sistema de poder real. De esta cifra , podemos observar que la mayora de la diferencia entre las magnitudes de los voltajes en el generador y la carga se debe a ? V , la componente en fase de la cada de tensin . Por otra parte , toda la diferencia de ngulo de fase es debido a la componente en cuadratura ? V .Dado que la resistencia de las lneas de transmisin suele ser insignificante en comparacina su reactancia , las ecuaciones . ( 3.9 ) y ( 3.10 ) se puede aproximar :

Los cambios en la magnitud de la tensin a travs de una lnea o una parte de un poder Por lo tanto, el sistema son causados principalmente por la transmisin de potencia reactiva , mientras que los cambios de fase entre las tensiones se deben principalmente a la transferencia de

Figura 3.4 Componentes de la cada de tensin en una transmisin lin

potencia activa. A la inversa, si hay una gran diferencia en el ngulo entre las tensiones en dos autobuses conectados por una lnea, habr una transferencia grande poder de activo entre estos dos autobuses. Del mismo modo, una gran diferencia en magnitud de la tensin entre dos buses se traduce en una gran transferencia de Poder reactivo. Cabe sealar que la resistencia de las lneas de distribucin normalmente no es mucho ms pequea que su reactancia. Las aproximaciones representado por las ecuaciones. (3.15) y (3.16), por lo tanto puede ser inadecuado en sistemas de distribucin. Si una carga es capacitiva, la potencia reactiva que se produce debe ser absorbida por el generador. En ese caso, la direccin del flujo de la la potencia reactiva se invierte, y la ecuacin. (3.15) sugiere que la magnitud de la tensin en la carga efectivamente puede ser mayor que la magnitud de la tensin en el generador.

3.3.3 flujo de energa en los sistemas ms grandes

En el caso del sistema de dos bus, la combinacin de la ley de voltaje de Kirchhoff con la inyeccin de potencia conocido producido una frmula para el clculo de la tensin que falta. Este enfoque ad hoc no funciona si el sistema es ms complejo, es decir, si contiene ms de un generador o de la carga o si el red est engranado. Por lo tanto, se necesita un mtodo ms sistemtico. Este enfoque sistemtico se basa en la observacin de que en cada bus en el sistema el poder debe estar en equilibrio. En otras palabras, la suma de la poderes producidos y consumidos en el autobs y de los poderes transmitidos hacia o desde otros buses por lneas, cables o transformadores debe ser cero.Figura 3.5 ilustra esta idea y el concepto de red activa y reactiva inyecciones Pk y Qk. Desde las potencias activas y reactivas estn equilibradas por separado, tenemos:

donde la suma se extiende a todos los autobuses j que son vecinos de bus k ( es decir, que estn conectados directamente al bus k por una lnea , cable o transformador. )

Figura 3.5 Equilibrio de poder en bus k

El siguiente paso en el enfoque sistemtico es observar que el activo y los flujos de reactivos en la red obedecen la ley de voltaje de Kirchhoff . si nosotros sustituir los trminos PKI y Qki en las ecuaciones . ( 3.17 ) y ( 3.19 ) por las expresiones la participacin de los voltajes , tendremos un conjunto de ecuaciones que relacionan tensiones , potencia inyectada y la potencia consumida en todos los autobuses . Utilizando las notaciones se muestra en la Figura 3.6 , se tiene:

por lo tantoy

Desde:

tenemos:

Tenga en cuenta que debido a las prdidas causadas por la resistencia y la reactancia de la rama, las potencias medidas en los dos extremos de la rama no son igual :

Figura 3.6 Notacin utilizada en el clculo del flujo en ki rama

Combinando las ecuaciones . ( 3.17 ) y ( 3.22 ) , obtenemos:

Estas ltimas ecuaciones relacionan la inyeccin de potencia activa y reactiva en unaautobs a la magnitud de la tensin y el ngulo en este autobs y en sus vecinos. Desde ecuaciones similares pueden ser escritas para cada uno de los n autobuses en el sistema, tenemos ecuaciones 2n. Estas ecuaciones relacionan las variables 4n: inyecciones de potencia n activos Pk n inyecciones de potencia reactiva Qk n magnitudes de tensin Vk Tensin n ngulos k. Por lo tanto, dos de estas variables se debe dar en cada nodo para asegurar una equilibrio entre el nmero de ecuaciones y el nmero de incgnitas. Tres combinaciones de variables conocidas y desconocidas se utilizan en la prctica.

Estas combinaciones estn relacionados con las caractersticas fsicas de la autobuses, como sigue.PQ autobuses suelen cargar los autobuses, donde la red activa y reactiva inyecciones de potencia son conocidos, mientras que las magnitudes de tensin y ngulos son desconocido.Autobuses PV autobuses generador donde el regulador automtico de voltaje mantiene la magnitud de la tensin a un nivel constante mediante el ajuste del campo la potencia de salida actual del generador y por lo tanto su reactiva. El activo salida de potencia del generador y la magnitud de la tensin son por lo tanto conocido, mientras que la inyeccin reactiva y el ngulo de tensin dependen de la carga del sistema.

Todos los clculos de flujo de potencia deben incluir una (y slo uno) de referencia bus o autobs holgura. Este autobs tiene un doble propsito. En primer lugar, como en todos los AC clculos del circuito, el ngulo de fase de una cantidad pueden ser elegidos arbitrariamente. El ngulo de todos los dems fasores de tensin y corriente es calculado en relacin a esta referencia. En los clculos de flujo de potencia, el voltaje

Por lo tanto, el ngulo en un autobs (el autobs de referencia) se fija arbitrariamente a cero.

En segundo lugar, la prestacin debe ser realizada por las prdidas en el sistema. Los suma de las potencias activas producidas por los generadores debe ser iguala suma de las potencias activas consumidas por las cargas ms el activoprdidas de potencia en la red de transmisin. Estas prdidas dependen de la corrientes en las ramas de esta red, que a su vez dependen de la voltajes, y el clculo de estos voltajes es el objeto del flujo de potencia clculo! Para resolver este problema, la inyeccin de potencia activa en un autobs Por lo tanto, (el autobs holgura) se deja sin especificar. El bus de referencia es generalmente elegido como el autobs holgura. Durante el clculo del flujo de potencia, el ngulo en el Por lo tanto, este bus se mantiene constante mientras que la inyeccin de potencia activa es permitido para variar para compensar cualquier cambio en las prdidas. En una transmisin red, un bus con una unidad generadora de gran suele ser elegido como el bus holgura / referencia. En una red de distribucin, el autobs donde la distribucin sistema bajo investigacin est conectado a un nivel de tensin superior es por lo general elegido como el autobs holgura / referencia. Dado que la magnitud de la tensin en tales buses se especifica normalmente, la inyeccin reactiva es desconocido. Los por lo tanto bus slack / de referencia puede ser descrito como un bus V.

Tenga en cuenta que la seleccin de variables conocidas y desconocidas en los diferentes tipos de autobuses sigue el poder / ngulo de tensin activa y la reactiva Emparejamientos / magnitud de la tensin de alimentacin descrita anteriormente. Una variedad de dispositivos de control puede ser instalado para mejorar la operacin caractersticas de un sistema de energa. Tomas en carga cambiando transformadores, reguladores de voltaje y un intento compensador Variedad esttica (SVC) para mantener las tensiones dentro de la gama aceptable, mientras que los limitadores de excitacin proteger los generadores. Estos dispositivos tienen un efecto significativo sobre la el comportamiento en estado estable de los sistemas de energa. Por tanto, deben ser considerados durante los estudios de flujo de potencia. Una descripcin de las tcnicas utilizadas para el modelado de estos dispositivos est ms all del alcance de este captulo, pero puede ser encontrado en la Referencia 4.

3.3.4 Solucin de las ecuaciones de flujo de potencia

Las ecuaciones de flujo de potencia, las ecuaciones. (3.24), son no lineales y no puede ser resuelto manualmente excepto para los sistemas triviales. Sofisticado iterativo se han desarrollado mtodos para resolver de forma rpida y precisa. Las descripciones detalladas de estos mtodos se pueden encontrar en las referencias 1-3. Muchos paquetes de software especialmente diseados para la realizacin de flujo de potencia Los estudios estn disponibles en el mercado. Ejecucin de estudios de flujo de potencia con la ayuda de un paquete comercial involucrar a los siguientes pasos. La recopilacin de datos: Esto es a menudo la tarea que ms tiempo consume. Los impedancias de las lneas y cables deben ser estimado a partir de los datos proporcionado por el fabricante y el diseo de la red. Los parmetros de los generadores y transformadores deben ser extrados de las hojas de datos pertinentes. Datos relativos a la red de distribucin para que la planta de generacin integrada se conectar debe ser obtenido del operador de la red. Todas las cantidades deben ser entonces convertido a un sistema coherente por unidad.

Creacin de un modelo: Los datos recogidos en el paso anterior se utiliza para crear un modelo del sistema a ser estudiado. Programas de flujo de potencia de ms edad requerir al usuario que introduzca estos datos en un archivo de acuerdo con un precisin formato definido. Con los programas modernos, el usuario dibuja un diagrama de la la red antes de entrar en los parmetros a travs de formas. Configuracin de los casos: A continuacin, el usuario debe decidir la carga y la generacin condiciones para los cuales debe calcularse un flujo de potencia. Estos datos, as como la posicin de las tomas de los transformadores y la configuracin de otro control dispositivos, tambin deben ser proporcionados por el programa. Ejecucin del programa: Esta es la parte fcil, a menos que el mtodo iterativo no converge! La divergencia es generalmente causada por errores en el modelo. Desafortunadamente no hay manera fcil de determinar qu parmetros son defectuoso. Los errores en la topologa de red se hacen fcilmente cuando esta informacin no se introduce a travs de una interfaz grfica de usuario. El valor de todos los componentes del modelo deben ser revisados. La carga excesiva puede ser tambin una causa de la divergencia. Esta forma de no convergencia es una indicacin de que tensiones en el sistema seran inaceptablemente baja para cargas en ese rango. Anlisis de los resultados: Una vez que se ha obtenido una solucin, que debe ser verificado su razonabilidad. Ligeramente sorprendentes resultados deben ser investigadoscon cuidado, ya que pueden ser un indicio de un error menor en el modelo. Una vez que el usuario est satisfecho de que el modelo es correcto, el programa puede ser utilizado para estudiar otras condiciones de carga y de generacin, as como otras configuraciones de red.

3.3.5 Aplicacin de un esquema de generacin distribuida

Figura 3.7 representa las caractersticas esenciales de una red de distribucin en un generador que est incrustado en el bus D. La conexin de esta red a la red de transmisin est representada por un solo generador en serie con un transformador de suministro de bus A. Desde bus S ha sido elegido como el relevo bus, este generador suministrar la potencia activa necesaria para equilibrar la sistema. Tabla 3.2 da los parmetros de las lneas y transformadores.La tensin en el bus S se supone que se mantiene constante en su valor nominal por el generador de fuente, mientras que los cambiadores de tomas en los transformadores entre buses A y B de mantener la tensin en el bus B a su valor nominal. Consideremos primero el caso en que el sistema est suministrando su mximo cargar cuando el generador incorporado no est produciendo ningn poder. Figura 3.8 resume las tensiones, las inyecciones y los flujos que han sido calculado para estas condiciones utilizando un programa de flujo de potencia comercial. Estos resultados demuestran que este sistema es relativamente "dbil": la tensin

Figura 3.7 porcin de un sistema de distribucin con un generador incorporado.

Este de red est conectado al sistema de transmisin en el bus S y la generador incorporado est conectado al bus D

Tabla 3.2 Parmetros para la red utilizados para estudios de flujo de potencia

Todos los valores son por unidad en el bus D ( 0.953 pu) es marginalmente aceptable a pesar de la tensin en bus B se mantiene a su valor nominal a travs de la accin del grifo cambiante transformadores. Las prdidas activas y reactivas son tambin muy importantes. Eso Cabe sealar que estas prdidas hacen que una diferencia entre el activo y reactiva fluye en los dos extremos de las lneas y transformadores. Mantener la figura legible , slo un valor se da para estos flujos. esto explica por qu el equilibrio de poder no puede aparecer a ser respetado en todos los autobuses enestas figuras.

Si el generador integrado produce 20 MW al factor de potencia unitario ,

La Figura 3.9 muestra que el perfil de la tensin es mucho ms satisfactorio. los

Figura 3.8 flujo de alimentacin para carga mxima y sin generacin integrada

Figura 3.9 Flujo de potencia de carga mxima y la produccin integrada en la unidad factor de potencia

Estudios del sistema 6 prdidas se reducen considerablemente debido a la generacin est mucho ms cerca la carga y las lneas llevan flujos muy reducidos.Una reduccin adicional en prdidas y un mejor perfil de tensin pueden ser logrado si, en lugar de operar con factor de potencia unidad, el incrustado generador produce cierta potencia reactiva. Este caso se ilustra en la Figura 3.10. Es interesante observar que, en estas circunstancias, el activoy las potencias reactivas fluyen en direcciones opuestas en dos de las lneas. Por otro lado, si, como se muestra en la figura 3.11, el generador incrustado consume potencia reactiva (como un generador de induccin siempre lo hace), el perfil de voltaje y las prdidas son algo peor que en la unidad factor de caja de la fuente.

Si el generador incorporado contina produciendo su potencia nominal durante los perodos de carga mnima, la generacin local podr superar el el consumo local. En tales casos, el patrn de los flujos se invierte y el red de distribucin inyecta energa a la red de transmisin. Este caso es ilustra en la Figura 3.12, donde las cargas se han fijado en 10% de la mximo. El fasor voltaje en bus D no slo es el ms grande en magnitud sino que tambin conduce todas las otras tensiones. El generador de fuente (que representa el resto del sistema) absorbe el exceso de generacin pero los suministros la potencia reactiva necesaria.Algunos operadores de redes de distribucin han expresado su preocupacin de que una reversin en la direccin normal de los flujos causado por la presencia de una generador embebido podra interferir con la funcin de regulacin de voltaje

Figura 3.10 Flujo de potencia de carga mxima y la produccin integrada en 0,95 factor de potencia retraso ( produccin de potencia reactiva )

Figura 3.11 Flujo de potencia de carga mxima y la produccin integrada en 0,95 factor de potencia ( absorcin de potencia reactiva ) figura

Figura 3.12 Flujo de potencia de carga mnima y generacin integrada en la unidad factor de potencia

de los transformadores de derivacin cambiante. Para investigar estas preocupaciones, el incrustadogenerador se ha movido al lado secundario de un 33/11 kV, puntee cambiante transformador. El regulador automtico de tensin de esta transformador se ha configurado para controlar la tensin de barras 11 kV solamente. Ninguna esquema de capitalizacin actual (por ejemplo, lnea de compensacin de cada o negativo composicin reactancia) puede verse afectada negativamente por los productores integrados. Figura 3.13 ilustra el caso en el que el generador incrustadoproduce no slo 20 MW, sino tambin 6,6 MVA para la carga mnima condiciones. Se puede observar en esta figura que las potencias activas y reactivas fluir desde el generador incorporado a la red de transmisin. incluso bajo estas condiciones inusuales, el voltaje en el bus E 11 kV se mantiene en su valor nominal por el transformador del grifo cambiante.3.4 Estudios de fallas

Conductores en las redes de distribucin estn separadas de la tierra y uno de otro por una variedad de materiales aislantes: aire, papel o polmeros. Ocasionalmente, un evento impredecible rompe este aislamiento, la creacin de un cortocircuito entre los conductores o entre conductores y

Figura 3.13 Flujo de potencia de carga mnima y generacin integrada en 0,95factor de potencia quedando en un bus de voltaje controlado

tierra. Este camino conductor anormal se llama un fallo. Ser capaz de predecir el valor de la corriente en los fallos es muy importante para dos muchas razones. En primer lugar, esta corriente puede ser tan grande que podra daar el planta de distribucin o mejorar la calificacin de los interruptores que se suponen para interrumpirlo. Paradjicamente, la segunda razn para el clculo de las corrientes de falla es comprobar que no son demasiado pequeos para la falla que se detecte.

La elaboracin de un sistema de proteccin capaz de discriminar entre un gran (Pero normal) corriente de carga y una corriente de falla pequea es difcil. Desde no detectar un fallo de un riesgo de seguridad inaceptable, la distribucin sistema debe estar diseado de tal manera que las corrientes de defecto son grandes lo suficiente como para ser detectados en todas las condiciones de funcionamiento. Una distincin debe hacerse entre faltas equilibradas y desequilibradas. Faltas equilibradas afectan a todas las tres fases de la red de una manera similar y la simetra entre las tensiones y corrientes en las tres fases no se altera. Una representacin de una sola fase de la red puede, por tanto, ser utilizado en el estudio de este tipo de faltas. Por otro lado, fallas desequilibradas crear una asimetra en la red y requieren un anlisis ms complejo basado en componentes simtricos.

Esta seccin comienza con una explicacin de los clculos de falla equilibradasutilizando un ejemplo sencillo de dos autobuses. Estos clculos son luego generalizarsea las redes de tamao arbitrario y la complejidad y luego a desequilibrada fallas. Por ltimo, estos conceptos se ilustran con ejemplos de una esquema incrustado generacin.

3.4.1 clculos de falla Balanceadas

Consideremos de nuevo un sencillo sistema de alimentacin de dos bus como el que sese muestra en la Figura 3.14. Vamos a suponer que no hay carga est conectado a estasistema. Para los clculos de falta equilibrada, este sistema debe ser modelado comose muestra en la Figura 3.15. La principal diferencia entre este modelo y elmodelo utilizado para estudios de flujo de energa es que el generador est representadocomo una fuente ideal de tensin detrs de un ZS impedancia de la fuente. Los impedancia total de la lnea est representada por ZL. Si se produce un fallo equilibrado en el otro extremo de la lnea, la figura 3.15 muestra que la corriente de fallo est dada por

Por otro lado, si el fallo se produce a una distancia d de la lnea, la corriente de fallo est dada por

Figura 3.14 sistema de alimentacin de dos autobuses para los clculos de falla

Figura 3.15 Modelo del sistema de alimentacin de dos autobuses para los clculos de falla

A partir de estas ecuaciones, se concluye que la cantidad de impedancia entre la falta y la fuente determina la corriente de falla. Un corto circuito en el extremo de un alimentador de distribucin de largo por lo tanto resultar en una corriente de fallo mucho ms pequeo que un fallo cerca de una subestacin primaria. En este sencillo ejemplo, la expresin de la corriente de falla pudo escribirse mediante inspeccin. Este no es el caso en un sistema real donde la corriente de defecto podra ser suministrada desde mltiples generadores a travs de una red mallada. Adems, puede ser necesario considerar el efecto de la corriente de carga de pre-falta. Al igual que con el flujo de potencia, una solucin a este problema surge de una tcnica ms avanzada de anlisis de circuitos, es decir, el teorema de Thevenin. Este teorema establece que un circuito elctrico siempre se puede modelar como una fuente ideal de tensin en serie con una impedancia. Para el anlisis de falla, tenemos que modelar la red como se ve a partir de la localizacin de un fallo potencial. El voltaje de la fuente, que se llama el voltaje de Thevenin y se designa por V, es igual a la tensin en ese apuntar antes de la ocurrencia de la falla. La impedancia de la serie, la cual es

Si la red que se examina no es demasiado grande o compleja, el Impedancia de Thevenin se puede calcular a mano a travs de la reduccin de red. Adems, si no se requiere un alto grado de exactitud, la Voltaje de Thevenin puede suponer igual a la tensin nominal. En el Por otro lado, para las redes grandes, donde la corriente de carga de pre-f alta no es insignificante, determinando esta tensin requiere un clculo del flujo de potencia. LA se logra mejor determinacin sistemtica de la impedancia Thevenin a travs de una inversin parcial de la matriz de admitancia de la red. Paquetes de software especializados se han desarrollado para llevar a cabo dicha clculos con precisin y eficiencia. El uso de un envase de este tipo, determinando la corriente de defecto para cualquier nmero de ubicaciones de fallas potenciales, por varias configuraciones de la red, y para varias combinaciones de unidades generadoras es relativamente fcil. 3.4.2 Concepto de nivel de fallo Describen el efecto de los fallos en un sistema en trminos de la corriente que fluira en una falla en varios lugares puede ser algo confuso. Esta corriente de falla de hecho debe ser comparada con la corriente de carga normal y esta corriente de carga es inversamente proporcional a la tensin nominal. A compensar el efecto del nivel de tensin, la magnitud de potencial fallas en el sistema se da en trminos del nivel de fallo. Esta cantidad es generalmente expresada en MVA y se define como

Figura 3.16 Thevenin equivalente de una red de complejidad arbitraria

Las magnitudes de base para la AMEU, voltajes y corrientes suelen ser elegidos ende tal manera que obedecen a la siguiente ecuacin:

Si dividimos la ecuacin. (3.28) por la ecuacin. (3.29) y asumamos que la tensin de base esigual a la tensin nominal, encontramos que el valor por unidad de la falla nivel es igual al valor por unidad de la corriente de defecto:

Por ltimo, si suponemos que la tensin era igual a su valor nominalantes de la culpa, la combinacin de las ecuaciones. (3.27) y (3.30) da

Por tanto, el nivel de fallo da una indicacin de 'lo cerca' un particular, punto es de las fuentes de un sistema. Por ejemplo, los niveles de fallo en un EHV sistema de transmisin puede ser de tres rdenes de magnitud ms grandes que en un LV sistema de distribucin. La configuracin del sistema puede tener un significativo efecto sobre el nivel de fallo. En particular, la sincronizacin de los generadores adicionales o lneas de conexin en paralelo reduce la impedancia Thevenin equivalente de la red y por lo tanto aumenta su nivel de fallo. En lugar de proporcionar un modelo detallado de su red para los diseadores de una generacin integrada esquema, los servicios pblicos de distribucin suelen darles el nivel de fallo en el punto de conexin y la relacin X / R de la impedancia de la fuente. Ec. (3.31) muestra que esta informacin es suficiente para crear una Thevenin equivalente de su red y por lo tanto para llevar a cabo estudios de fallas simples. Ejemplo 3.2: Figura 3.17 muestra un generador sncrono incrustado conectado a un sistema de gran potencia a travs de una red de distribucin. Los nivel de fallo en el extremo cercano de esta red es 1.000 MVA a potencia cero los factores (es decir, X / R = ). La impedancia del alimentador es p.u. j0.1 mientras que la impedancia de la fuente del generador sncrono es j0.2 pu Todos esos impedancias se han calculado utilizando una base 100MVA. Si la red est funcionando a tensin nominal y la corriente de carga es insignificante, lo que es

Figura 3.17 Sistema de alimentacin del Ejemplo 3.2la magnitud de la corriente que fluira si fuera a ocurrir fallos en los extremos de la alimentacin? Figura 3.18 muestra el circuito equivalente que se utilizar para este clculo. El sistema de energa grande ha sido reemplazado por su equivalente Thevenin con la impedancia obtenida a partir de la ecuacin. (3,31). Dado que la red funciona a tensin nominal y la corriente de carga se supone despreciable, ambas fuentes de tensin se han fijado en 1,0 p.u. La magnitud de la falta corriente en el bus A est dada por

donde XA es la combinacin en paralelo de 0,1 p.u. y 0,3 p.u La magnitud de la corriente de defecto en B es

donde XB es la combinacin en paralelo de 0,2 p.u. y 0,2 p.u. Adems de su papel en los clculos de corriente de fallo, el concepto de culpa nivel tambin es til en el anlisis de una red que opera en condiciones normales condiciones. Como eqn. (3.31) indica, los niveles de fallo ms grandes corresponden a impedancias Thevenin pequeos. La cada de tensin causada por una carga dada Por lo tanto, la corriente ser menor en los autobuses donde el nivel de falla es alta. Niveles de falla son as a veces se utilizan para cuantificar la "fuerza" o "rigidez" de una red en un lugar determinado. 3.4.3 Aplicacin de un esquema de generacin distribuida Ahora usaremos el pequeo sistema introducido en la Seccin 3.3.5 para ilustrar los conceptos desarrollados en las secciones anteriores. Consideremos primero el caso de la Figura 3.19 donde el generador incorporado est desconectado deel sistema. Los niveles de fallo se han calculado (utilizando un commercialgradeprograma) para faltas en varios buses en el sistema y se muestran

Figura 3.18 Modelo del sistema de alimentacin del Ejemplo 3.2

Figura 3.19 niveles de fallo de AMEU para fallas trifsicas equilibradas en los diferentes autobuses en el sistema. Las flechas indican los flujos de AMEU para una falla en autobs C. el sistema se supone que ser descargados antes de la fallajunto a los nombres de autobuses. Es claro que el nivel de fallo disminuye a medida que la distancia entre la falla y la fuente aumenta. Esta figura tambin muestra los flujos que resultaran de un fallo en el juego de barras C. Obsrvese que la suma de la rama fluye en el bus C slo es ms o menos igual al nivel de fallo en este bus debido a que los flujos se expresan en MVA y el correspondiente corrientes tienen ligeramente diferentes fases. Figura 3.20 muestra que la presencia de una generacin integrada aumenta significativamente los niveles de fallo en el sistema. En particular, 58 MVA se extrae de este generador por un fallo en el bus C. 3.4.4 faltas desequilibradas Desde faltas equilibradas afectan a las tres fases de una manera idntica, la simetra de la red se conserva y la corriente de defecto es equilibrado, aunque ms grande que una corriente de carga normal. Las impedancias de red que debe ser considerado en el clculo de las corrientes de defecto son equilibradas por lo tanto las impedancias "normales" de la red. Una mayora de la fallas que se producen en una red, sin embargo, no afectan a las tres fases en de la misma manera. Tales fallas son llamados desequilibrada porque destruyen la simetra de tres fases de la red. Fallas desequilibradas por lo general involucrar a un cortocircuito entre una lnea y la tierra, entre dos lneas o entre dos lneas y la tierra. Dado que las corrientes que resultan de tales fallos no son simtricas, llevar a cabo el anlisis en trminos de la

Figura 3.20 niveles de fallo de AMEU para fallas trifsicas equilibradas en los diferentes autobuses en el sistema, incluida la contribucin del generador incorporado en bus E. Las flechas indican los flujos de AMEU para una falla en autobs C. El sistema se supone que ser descargados antes de la falla cantidades de fase reales es extremadamente difcil. La transformacin de la actual cantidades de fase en un conjunto de variables abstractos llamados componentes simtricas simplifica considerablemente el clculo de las corrientes de defecto no balanceadas. Se puede demostrar [5] que cualquier conjunto de cantidades de fase desequilibradas (tensiones o corrientes) pueden descomponerse en tres componentes: 1 un componente de secuencia positiva que consiste en tres tensiones equilibradas o corrientes en una secuencia de fase normal (positivo) 2 un componente de secuencia negativa que consiste en tres tensiones equilibradas o corrientes en una secuencia de fase inversa (negativa) 3 un componente de secuencia cero que consta de tres tensiones o corrientes de igualmagnitud y la fase. Las corrientes de componentes simtricas se relacionan con las corrientes de fase por la transformacin de matriz siguiente:

donde a es el nmero complejo

La transformacin inversa da las corrientes de fase en trminos de las corrientes de componentes simtricas:

Una transformacin idntica relaciona voltajes de fase y simtrica voltajes componentes. La impedancia que lneas, cables, generadores y transformadores presentes a theflow de corrientes en un sistema equilibrado es la impedancia de secuencia positiva. Las impedancias de que estos dispositivos ofrecen a las corrientes de secuencia negativa y cero se llaman, respectivamente, la secuencia negativa y cero impedancias. En nuestra discusin de faltas equilibradas, argumentamos que, cuando se observ desde una ubicacin dada, una red de complejidad arbitraria podra ser reemplazado por su equivalente Thevenin. En ese caso, la tensin de Thevenin fuente y la impedancia se pueden calcular a partir de voltajes de la secuencia positivaproducida por los generadores y las impedancias de secuencia positiva de los componentes de la red. Cuando las condiciones son desequilibradas considerado, tambin tenemos que tener en cuenta los circuitos equivalentes de los componentes negativos y secuencia cero. Desde generadores producen solamente un voltaje de secuencia positiva, no hay fuentes en el negativo y secuencia cero circuitos equivalentes. Figura 3.21 ilustra estos conceptos. Una red de complejidad arbitraria se examina desde un lugar determinado (Por ejemplo, una ubicacin de la falla potencial). En lugar de considerar la A, B y C las fases de esta red, se reemplazan por su positiva, negativa y cero secuenciar redes equivalentes como se ve desde esta ubicacin. Bajo la normalidad condiciones, no hay corrientes fluyen en estos circuitos y una tensin est presente solamente en el circuito de secuencia positiva. Como se discuti en la Seccin 3.4.1, una equilibrada de fallo para el sistema en esa ubicacin se puede modelar mediante la aplicacin de un corto circuito en el circuito equivalente de la secuencia positiva. Cada tipo de falta desequilibrada puede ser modelado por una conexin particular de los tres circuitos equivalentes. Por ejemplo, supongamos que queremos calcular la corriente de defecto que resultara de un fallo entre la fase A y tierra. Desde las fases B y C no se ven afectados por esta falla, tenemos:

Insertando estos valores en la ecuacin. (3.32), obtenemos: