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CONTROL DE FRECUENCIA EN EL SISTEMA
INTERCONECTADO NACIONAL
Cuando se produce variaciones en la demanda se producen
aceleraciones y desaceleraciones en la velocidad derotacin de
los generadores. Estas aceleraciones ydesaceleraciones son el
producto de la variacin constantede la demanda del sistema, lo que
fnalmente signifca unavariacin en la recuencia de operacin,
producto de losretardos en los sistemas de control de las unidades,
ascomo tambin de la velocidad con que estas son capacesde asimilar
el nuevo valor de reerencia para su potencia.
Los sistemas de control de las unidades de generacin,tratan de
mantener permanentemente un equilibrio entre eltorque mecnico y el
elctrico. in embargo, ante ladescone!in de grandes cargas, de
unidades degeneracin, lneas de transmisin, etc., se est ante
unacondicin anormal de operacin a una recuencia deoperacin dierente
a la nominal, lo que signifca muc"asveces grandes variaciones en la
recuencia, pudiendo llegara valores que originen la salida de otras
unidades de
generacin, por seguridad de sus equipos, lo quefnalmente puede
llevar a una condicin insegura deoperacin del sistema.
C#$CE% '()C#*
+ La energa elctrica no es econmicamentealmacenable en grandes
cantidades por lo que setiene que producir e!actamente la
cantidaddemandada en cada instante
+ La demanda e!acta no es conocida de antemano. Estvariando en
cada instante, solo conocemos suestimacin pronstico-.
+ El desbalance entre la cantidad demandada yproducida ocasiona
una desviacin de la recuencia dereerencia.
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'(L($CE E$E/(C)#$ 0E1($0(
1odelos simplifcado de un generador*
2aciendo algunas simplifcaciones se puede llegar a lasiguiente
ecuacin*
i se desprecia el eecto del amortiguamiento, cualquierdesbalance
entre la potencia mecnica que recibe lamquina sncrona y la potencia
elctrica que entrega setraduce como una variacin de su velocidad de
rotacin.
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/E3L(C)4$ 0E 5/EC3E$C)( E$ )&E1( 0E %#&E$C)(
Los sistemas de suministro de energa elctrica tienen porob6eto
suministrar energa a los consumidores, debiendocumplir bsicamente
requerimientos tcnicos, econmicosy sociales* cubrir la demanda en
cantidad sufciente en
tiempo y lugar, con una calidad adecuada, en ormaconfable y
segura, al menor costo posible y preservandolos recursos primarios
y el medio ambiente.
La seguridad de operacin puede defnirse como lacapacidad del
sistema en un instante determinado decontinuar en operacin rente a
la salida imprevista dealgunos de sus componentes lneas,
generadores,transormadores, etc.-, suministrando total o
parcialmente a
la carga.0e aqu se desprende la necesidad de disponer
desufciente reserva de generacin para mantener nivelesadecuados de
seguridad. Esta reserva debe ser activadaadecuadamente tanto en
cantidad como en rapide7 atravs de la regulacin de recuencia cuando
ocurra unaperturbacin en el sistema.
(ctualmente, la regulacin secundaria en el E)$ se reali7aen orma
manual, por lo que para el operador del sistema,
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el mantener la recuencia dentro de los estndares decalidad es
una tarea importante.
La recuencia del sistema elctrico debe mantenerse dentrode los
niveles aceptables para permitir la normal operacindel sistema. Las
variaciones de la recuencia se producenpor desequilibrios en el
balance de potencia debidoprincipalmente a dos causas* variacin de
la demanda yallas en los dierentes componentes del sistema
elctrico.En la fgura siguiente se muestra grfcamente que
cuandoe!iste un equilibrio entre la demanda y la generacin
larecuencia de la red permanece constante. %ara el caso del%er8 la
recuencia de operacin es de 9: 27.
&)%# ; /E%(L0# %(/( L( /E3L(C)#$ 0E 5/EC3E$C)(
(nte un dfcit de potencia, un sistema de potenciaresponde para
evitar los cambios de la recuencia con lassiguientes
caractersticas*
i- /eserva de masas rotantes energa cinetica de lainercia del
sitema-, cuya actuacin es inmediata yevita por unos instantes que
la recuencia varie.
Esta caracterstica del sistema de potencia estadeterminada por
la constante de inercia total delsistema.
ii- /egulacin primaria de recuencia, cuya actuacinse produce
luego de algunos segundos "asta losprimeros minutos. Compensa parte
de la potenciaperdida mediante la accin local de reguladores
develocidad de las unidades de generacin.
iii- /egulacin secundaria de recuencia, cuya
actuacin se manifesta luego de varios minutos.Este tipo de
regulacin asume la restitucin de lapotencia perdida debido al
evento.
( esta capacidad del E% se a demanda, la energa cintica
acumulada delsistema es la primera que intenta renar el
desequilibrio en
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orma transitoria, pero luego que sta es absorbida, larecuencia
empie7a a disminuir o subir. Luego se manifestala regulacin
primaria y secundaria de recuencia, e6ercidapor las unidades
generadoras, para llevar la recuencia del
sistema a su valor nominal.i consideramos un evento en la que se
produce un dfcitde potencia considerable, entonces el tiempo de
respuestade la regulacin primaria de recuencia sera muy lentopara
evitar que el sistema de potencia opere a valoresba6os de
recuencia, o en un caso ms severo, que larecuencia llegue a valores
de descone!in de las unidadesgeneradoras por sus protecciones de
mnima recuencia,
aseverando la situacin de dfcit de potencia con laprobabilidad
de ocurrencia de un apagn. Es por ellopertinente proveer al sistema
de un Esquema Especial de%roteccin EE%-, cuya actuacin se
desarrolle en losprimeros instantes del disturbio, para evitar que
larecuencia llegue a valores crticos como los descritos. (estos EE%
desarrollados para evitar que el sistema depotencia opere a valores
ba6os y crticos de recuencia seles denomina Esquemas de /ec"a7o
(utomtico de Cargapor 1nima 5recuencia E/(C15-. (dems,
debemosmencionar que los EE% implementados para evitar que
larecuencia llegue a valores altos se denominan Esquemasde
0escone!in (utomtica de eneracin por obre5recuencia E0(5-.
Entonces los &ipos y /espaldo para la /egulacin de
5recuencia son* /egulacin %rimaria de 5recuencia. /egulacin
ecundaria de 5recuencia. /ec"a7o (utomtico de Carga por 1nima
5recuencia. 0escone!in de eneracin por obre 5recuencia.
En algunos sistemas de potencia, se considera la
regulacinterciaria de recuencia, defnida como la generacin que
sedespac"a para retornar la reserva secundaria para las
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pr!imas "oras. Esto es parte de un redespac"o para lassiguientes
"oras.
a- /E3L(C)4$ %/)1(/)( 0E 5/EC3E$C)(
La /egulacin %rimaria de 5recuencia, es aquellaregulacin que se
reali7a en orma automtica y local encada unidad generadora
conectada a la red, por la accinde sus reguladores de velocidad. En
un sistema depotencia, todas las unidades poseen uno, por lo
quetodas las unidades deben e6ercer la regulacin primariade
recuencia.
Comportamiento ante un dfcit de generacin*
( continuacin se muestra el Esquema de control bsicode un
sistema de regulacin de velocidad de un grupoturbina >
generador.
Este nivel de regulacin presenta las
siguientescaractersticas*
+ Es una accin de control que se lleva a cabo a nivel de
la unidad de generacin. 0ebe ser una accin decontrol rpida
tendiente a restituir el balance de
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potencia y recuperar la recuencia en un corto tiempo.Es normal
considerar que la respuesta para regulacinprimaria deba estar
disponible en los siguientes ?+@:segundos despus de ocurrido un
evento y ser
sostenida "asta los A:+B: segundos.+ 3tili7a reserva rotante de
segundos para restablecer el
balance de potencia. En algunos sistemas serecomienda utili7ar
el ? de la capacidad degeneracin para las unidades trmicas y un @:
paralas centrales "idrulicas. Estos porcenta6es a serasignados a
las unidades de generacin sernverifcados previamente en pruebas de
campo.
+ Las unidades asignadas para la /%5 deben ser capacesde tomar y
liberar carga rpidamente. 0ebido a esto,las unidades aptas deben
satisacer requerimientostcnicos e!igentes y disponer de una
"abilitacinespecial.
(qu se muestra la actuacin de la regulacin primariasobre la
recuencia cuando ocurre una perturbacin, talcomo la prdida de una
unidad de generacin.
b- /E3L(C)4$ EC3$0(/)( 0E 5/EC3E$C)(
La regulacin secundaria de recuencia es un
serviciocomplementario que tiene por ob6eto mantener elequilibrio
generacin > demanda, corrigiendo lasdesviaciones en estado
estacionario de la recuencia ylos desvos respecto a los programas
de intercambio
previstos en las intercone!iones.
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La desviacin de recuencia en estado estacionarioresultante de la
actuacin de la /%5 ante un desbalancede potencia activa, se anula a
travs de la accin de laregulacin secundaria de recuencia. Los
generadores
asignados para regulacin secundaria asumen lasdesviaciones de la
respuesta de los reguladores de todoslos generadores y de la
respuesta autorregulante de lacarga, por lo que, en principio,
deberan disponer dereserva mayor o igual a aquella destinada a la
regulacinprimaria.
En los sistemas interconectados con dos o ms reas,este nivel de
regulacin debe controlar no solo la
recuencia sino tambin la generacin en unadeterminada rea para
mantener los intercambios depotencia programados en el despac"o de
carga. Estenivel de regulacin presenta las
siguientescaractersticas*
+ %ermite que las unidades que participan de laregulacin
primaria vuelvan a su valor inicial degeneracin, restituyendo la
disponibilidad de reserva
de generacin para /%5.+ (bsorbe las variaciones de recuencia
cuando seproduce variaciones entre la demanda pronosticada yla
real.
+ La accin de control sobre la reerencia de carga de lasunidades
que participan en la /5 se reali7a en ormamanual automtica desde un
centro de controlpartiendo de mediciones de recuencia en la red y
demediciones de Du6o de potencia activa a travs de las
intercone!iones.+ %osee menores e!igencias de tiempo de
respuesta y
de establecimiento debido a que controla lacomponente lenta de
la recuencia. Es normalconsiderar que la respuesta para
regulacinsecundaria deba iniciar en los siguientes A:+B:segundos
despus de iniciado el evento, estardisponible en los siguientes
@:+@? minutos y ser
sostenida "asta B: minutos. En la siguiente fgura, se
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muestra el comportamiento de la regulacinsecundaria de
recuencia.
C#$&/#L (3&)C# 0E L( E$E/(C)4$ E$ )&E1(0E
%#&E$C)(
En nuestro pas el control de la generacin se reali7a demanera
manual a travs del centro de coordinacin de laoperacin del E)$, a
dierencia de otros pases que a partede reali7arlo de manera manual
lo reali7n de maneraautomatica a travs de un (C integrado a un
sistemaC(0(. La misin de la regulacin recuencia es mantener
la recuencia del sistema en su valor nominal dentro devalores
permisibles.
La regulacin de recuencia est organi7ada en tres etapasque
act8an en escalas de tiempo distintas, las cuales siactuan de
manera adecuada se podr conseguir un buencontrol de la recuencia,
estas se denominan regulacinprimaria, regulacin secundaria y
regulacin terciaria. Enese sentido, debido al crecimiento de los
sistemas es
necesario contar con una regulacin secundaria
automticadenominada (C.
El ob6etivo principal del (C es de regular la recuencia alvalor
nominal y mantener el intercambio de potencia entrelas reas de
control a travs del a6uste de la potencia desalida de los
generadores que se encuentran ba6o eldominio del (C. 0ic"o a6uste
puede tomar en cuenta larpide7 en toma de carga de las mquinas, su
costo de
operacin o una combinacin de ellas. El (C, el cual ormaparte de
un sistema C(0(, se encarga de transmitir
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se
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- Reserva rotante:a- La regulacin primaria de recuencia es un
servicio
obligatorio y permanente, no su6eto a compensaciny debe ser
prestado por todas las centrales degeneracin cuya potencia sea
mayor a @:1G.Huedarn e!oneradas de tal obligacin, lascentrales de
generacin con /ecursos Energticos/enovables /E/- cuya uente de
energa primariasea elica, solar o mareomotri7.
b- La magnitud total reserva requerida para la/egulacin %rimaria
de 5recuencia, se determinar
como aquella que permita alcan7ar el valor mnimode la sumatoria
de* a- el incremento en el costo deoperacin del E)$ por reserva y,
b- el costo de laenerga no suministrada E$- por
eventosintempestivos que originen desequilibrios entre lageneracin
y demanda elctrica.
c- La /egulacin ecundaria de 5recuencia constituyeun servicio
voluntario y ser compensado conormea lo que estable7ca el
procedimiento tcnico del
C#E sobre reserva rotante en el E)$. En el casoque la magnitud
de reserva oertadavoluntariamente para la /egulacin ecundaria
de5recuencia sea insufciente, el C#E asignar concarcter obligatorio
dic"a reserva a las unidadesgeneradoras que re8nan las condiciones
para tal fn,de acuerdo al reerido procedimiento.
