presentacion pfc manuel-sosa[1]

7/25/2019 Presentacion PFC Manuel-Sosa[1]

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JULIO 2009

UNIVERSIDAD CARLOS IIIESCUELA POLITCNICA SUPERIOR

OCTUBRE 2010

Autor: MANUEL SOSA GONZLEZTitulacin: INGENIERA INDUSTRIALDirector: CARLOS GALLARDO

SINTONIZACINDE

ESTABILIZADORES DE POTENCIAEN

SISTEMAS MULTIMQUINA


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OCTUBRE 2010 2SINTONIZACIN DE ESTABILIZADORES DE POTENCIA EN

SISTEMAS MULTIMQUINA 2

NDICE

1. Introduccin a los Sistemas Elctricos

Estabilidad de un Sistema Elctrico

Oscilaciones de un Sistema Elctrico Anlisis de Pequea Seal

2. Definicin de Estabilizadores de Potencia (PSS)

Funcionamiento del PSS Tipos de Estabilizadores

3. Sintonizacin de Estabilizadores de Potencia

Metodologa propuesta4. Aplicacin a sistema de 4 generadores

5. Aplicacin a sistema de 16 generadores

6. Conclusiones


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5/40OCTUBRE 2010 5SINTONIZACIN DE ESTABILIZADORES DE POTENCIA EN


CLASIFICACIN DE ESTABILIDAD DE UN SISTEMA

Clasificacin de Estabilidad en Sistemas Elctricos

Estabilidad de ngulo

Estabilidad Transitoria(Gran Seal)

Estabilidad de Tensin antegrandes perturbaciones

(Gran Seal)

Estabilidad de Tensin antepequeas perturbaciones

(Pequea Seal)

Corto Plazo

Largo PlazoCorto Plazo

Corto Plazo Largo Plazo

Inestabilidadno oscilatoria

Modos Entre

Mquinas

Modos de

Control

Modos

Locales

Modos

de Torsin

Estabilidad de Frecuencia Estabilidad de Tensin

Modos

Entre reas

Estabilidad Oscilatoria(Pequea Seal)

Inestabilidadoscilatoria

Te = Ks + KD r




INESTABILIDAD ANTE PEQUEAS OSCILACIONES

Modos Entre- reas:Frecuencia 0.2 - 0.7 Hz.

Modos Locales:

Frecuencia 0.8 - 1.8 Hz. Modos Entre- mquinas:Frecuencia 1.5 - 3 Hz.


7/40OCTUBRE 2010 7

ANLISIS DE LA ESTABILIDAD DE UN SISTEMA DEPOTENCIA

uBxAx +=& uDxCy +=

t)u,f(x,x=&

u)f(x,x=&

y

y

y

y

u

u

u

u

x

x

x

x

m

2

1

r

2

1

n

2

1

=

=

=

u)g(x,y=

0)f(xx == o

&

+

B x+

ux&

Is

1

A

C

D

++ y

( ) ( )[ ]sB0xA)det(sI

A)adj(sIx(s) u+

=

( ) ( ) ( )[ ]sDsB0xA)det(sIA)adj(sICy(s) uu ++=

( ) ( )uu,xxfxx ++=+ &&

SINTONIZACIN DE ESTABILIZADORES DE POTENCIA ENSISTEMAS MULTIMQUINA 7

Espacio deEstado

Linealizacin




AUTOVALORES Y RESPUESTA ASOCIADA

1. Para = 0, < 0 respuesta unidireccional amortiguada2. Para 0, < 0 respuesta oscilatoria amortiguada3. Para 0, = 0 respuesta oscilacin de amplitud constante

4. Para 0, > 0 respuesta oscilatoria con oscilaciones crecientes sin lmite5. Para = 0, > 0 respuesta unidireccional montonamente creciente

1

2

3

4

5

Det (sI - A) = 0

( )Det A-I =0

f=

2

2 2

-=

+


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NDICE



Oscilaciones de un Sistema Elctrico Anlisis de Pequea Seal






6. Conclusiones


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QU ES UN PSS?

Funcin Bsica del PSS:Extender los lmites de la estabilidad a travs de la modulacin de la excitacindel generador para proporcionar amortiguacin en las oscilaciones de unamquina sncrona. El objetivo es detectar estas oscilaciones y generar una seal

que influencie la consigna del regulador de tensin.

ESTRUCTURA GENERAL DE UN PSS

La variable de entrada del PSS (q) se manipula a travs de filtros paso- bajo yfiltros paso- alto. Despus se introduce en un elemento de avance/ retardo defase para obtener la compensacin de fase requerida, y por ltimo, la seal esamplificada y limitada.


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FUNCIONAMIENTO DEL PSS


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T s (1+sT ) (1+sT )W 1 3PSS (s) = K FILT(s)

s (1+T s) (1+sT ) (1+sT )W 2 4


TIPOS DE PSS APLICADOS AL SISTEMA

Estabilizador con seal de entrada velocidad ()

Estabilizador con seal de entrada frecuencia (f)

Estabilizador con seal de entrada potencia (P)

PSS con entrada

Compensa los retardos de GEP(s) para producirun componente del par de torsin en fase con loscambios de velocidad, e incrementar laamortiguacin de las oscilaciones del rotor.

GANANCIA

FILTRO PASO-BAJOFILTRO PASO-ALTO

ESTADO ADELANTO /ATRASO


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PSS con entrada f

Incremento de la sensibilidad de esta seal a lasoscilaciones del rotor cuando el sistema detransmisin externo se vuelve dbil.

ES POSIBLE OBTENER MAYOR CONTRIBUCIN DE AMORTIGUACIN PARAMODOS DE OSCILACIN ENTRE- REAS QUE CON UNA ENTRADA VELOCIDAD

S (s) = f F G


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PSS con entrada P

Es til debido a sus bajos niveles de interaccintorsional inherentes.

Se puede tratar como una derivada de la velocidad, aunque es ms efectivo aplicarel concepto del Factor de Sensibilidad para su anlisis.


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NDICE



Oscilaciones de un Sistema Elctrico

Anlisis de Pequea Seal






6. Conclusiones


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SINTONIZACIN

Objetivo: proporcionar funcionamiento adecuado a:

- Tipo de oscilacin que se pretende amortiguar

- Condiciones de operacin en las que se necesita ms estabilidad

- Amortiguacin de distintos modos de oscilacin

Tcnica de Sintonizacin de EstabilizadoresCompensacin de Fase: ajustar el estabilizador para compensar los retardos defase a travs del generador, sistema de excitacin y sistema de potencia, de forma

que la accin del estabilizador proporcione cambios en el par de torsin en fase conlos cambios de velocidad.

Diagrama del Lugar de las Races, o anlisis por Posicionamiento de Racesimplica mover los autovalores asociados a los modos de oscilacin del sistema de

potencia, ajustando los polos y ceros del estabilizador localizados en el plano-s.


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OCTUBRE 2010

METODOLOGA PROPUESTA - GE

METODOLOGA

1. Flujo de cargas y representacin modal del sistema

2. Observacin de modos inestables. Amortiguamiento < 0.05 ; 5%3. Representacin de los autovectores correspondientes

4. Factores de participacin asociados a la velocidad del rotor (SpeedParticipation Factors)

5. Representacin estado-espacio del sistema (sin estados del rotor)

6. Representacin fasorial del sistema (ideal) para cada generador

7. Compensacin de fase mediante funcin PSS

8. Asignacin de ganancias. Control robusto con root locus

Matriz B (Observabilidad ) Tensin de referencia

Matriz C (Controlabilidad) Potencia elctrica


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NDICE










6. Conclusiones


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OCTUBRE 2010

METODOLOGA PROPUESTA GE 4GEN

APLICACIN SISTEMA DE 4 GENERADORES1. Flujo de Cargas y representacin modal

Se realiza la representacin modal del sistema una vez corrido el flujo de

cargas con PST Funcin svm

Representacin modaldel sistema en ejesFrecuencia Amortiguamiento. Seestablece lmite de

inestabilidad en lneacontnuaLmite de estabilidad


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2. Observacin de modos inestables. Amortiguamiento < 0.05

Modo inestable

Modo inestable:

Amortiguamiento = -0.01102

Frecuencia = 0.6412

Modo n = 15,16

Forma compleja = 0.04 +- 4.03j


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OCTUBRE 2010

METODOLOGA PROPUESTA GE 4GEN3. Representacin de los autovectores correspondientes

Estado Valor

1 0.0253 + 0.0807i

2 0.0009 - 0.0003i

3 0.0078 + 0.0151i

4 0.0042 + 0.0104i

5 0.0027 + 0.0001i

6 0.0036 - 0.0011i

7 -0.0026 + 0.0013i

8 0.5458 - 0.1442i

9 -0.0208 - 0.0018i

10 -0.0034 - 0.0086i

11 0.0003 - 0.0001i

12 0.0050 - 0.0318i

13 0.0005 - 0.0003i

14 0.0040 + 0.0286i

15 -0.0022 + 0.0232i

16 -0.0038 + 0.0055i

17 -0.0026 + 0.0090i

18 -0.0050 + 0.0010i

19 1.0000

20 -0.0140 + 0.0023i

21 -0.0037 - 0.0051i

22 0.0002 - 0.0001i

23 -0.0832 - 0.1731i

24 -0.0010 + 0.0006i

25 -0.0039 + 0.0012i

26 -0.0022 + 0.0059i

27 -0.0036 + 0.0090i

28 -0.0006 + 0.0136i

29 -0.0001 - 0.0003i

30 -0.0001 + 0.0544i

Estado Valor Estado Valor

31 0.0265 - 0.0045i

32 0.0071 + 0.0096i

33 -0.0003 + 0.0003i

34 -0.0735 - 0.1653i

35 -0.0009 + 0.0005i

36 -0.0036 + 0.0065i

37 -0.0032 + 0.0102i

38 -0.0048 + 0.0098i

39 -0.0018 + 0.0152i

40 -0.0010 - 0.0002i

41 0.1882 + 0.0695i

42 0.0239 - 0.0030i

43 0.0060 + 0.0088i

44 -0.0003 + 0.0002i


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4. Factores de participacin

Se calculan los factores de participacin asociados a la velocidad del rotorProporcionan la participacin de cada generador en el modo inestableestudiado del sistema .

Estado Valor

1 0.0253 + 0.0807i

12 0.0050 - 0.0318i

23 -0.0832 - 0.1731i

34 -0.0735 - 0.1653i

Estadoscorrespondientes a cadauno de los generadores

respectivamente

F.P

Generadores

Mayor contribucin

al amortiguamiento


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5. Representacin estado - espacio del sistema

Funcin PST spssd

ESTADO-ESPACIO

a: [36x36 double]

b: [36x1 double]

c: [1x36 double]

d: 0NumStates: 36

NumInputs: 1

NumOutputs: 1

Nmero de estados,salidas y entradas

comunes a los estados

de cada generador

Entrada = Tensin de referencia

Salida = Potencia elctrica

Se calcula para cada generadorsu estado-espacio.

Matriz D del sistema se deja con valor nulo

Matriz de Observabilidad

Matriz de Controlabilidad


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6. Representacin fasorial ideal del sistema

Sin los estados correspondientes al rotor:

Angulo rotrico

Velocidad rotricaSe calcula para cada uno de los estado espacio el desfase ideal del sistema

Generador 1 Generador 2 Generador 3 Generador 4


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7. Compensacin de fase

Sabiendo el retraso de fase del sistema, se ha de compensar mediante elPSS. Siendo su funcin de transferencia:

STABKW

W

sT

sT

+1 2

1

1

1

sT

sT

+

+

Vmin

Vmax

GananciaWashout

Compensacinde fase

Vs

Las constantes de tiempo T1,T2,T3,T4, se considerarn iguales a computo deeste documento. El filtro Washout,tomar valor de 10,como valor tpico

indicativo para este tipo de estudios.


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7. Compensacin de fase

Se compensa la fase mediante la funcin de PST ldlg

Ideal sistema

PSS-compensacin

G1. t1=t3=0.07

t2=t4=0.02

G2. t1=t3=0.07

t2=t4=0.02

G3. t1=t3=0.07

t2=t4=0.02

G4. t1=t3=0.07

t2=t4=0.02


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8. Asignacin de ganancias. Control robusto.Con la fase compensada para cada uno de los PSS, se realiza control robustosobre el lugar de las races (root locus) del sistema. La finalidad es transportar losmodos inestables al semiplano izquierdo con un margen de amortiguamiento

mayor al 0.05.

Inicial- Sin PSS Ganancia 1 Ganancia 10


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8. Asignacin de ganancias. Control robusto.

La contribucin inter-modal hace que para una mayor ganancia, los modosafectados varien su comportamiento en frecuencia, aportando o quitandoamortiguamiento a otros modos. La consecucin de una ganancia ptima

rdica en tener como mnimo 2 modos con el menor amortiguamiento posible en fase.

Contribucin negativa alamortiguamiento sobredeterminados modos

del sistema

PSS1=PSS2=PSS3=PSS4 =

Kopt = 13

Mismo amortiguamiento para2 modos Kopt (13)

METODOLOGA PROPUESTA


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9. Comportamiento ante falta

Comportamiento del sistema con y sin PSSs

Sin PSSs Con PSSs

PotenciaPotencia

NDICE


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NDICE






Funcionamiento del PSS

Tipos de Estabilizadores




6. Conclusiones

METODOLOGA PROPUESTA G G


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APLICACIN SISTEMA DE 16 GENERADORES- CASO PUNTA

Se realiza la representacin modal del sistema una vez corrido el flujo decargas con PST Funcin svm

Representacin modaldel sistema en ejesFrecuencia Amortiguamiento. Se

establece lmite deinestabilidad en lneacontnua

Lmite de estabilidad

Valores inestables



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OCTUBRE 2010


Clculo de la fase y ganancia de cada uno de los PSSs a incorporar. Seincorporan bajo la condicin ms restrictiva observando los factores departicipacin asociados 7 PSS con los siguientes ajustes:

PSS GANANCIA Tw0

T1 T2 T3 T4

G2 10 10 0.08 0.02 0.08 0.02

G3 10 10 0.08 0.02 0.08 0.02

G9 10 10 0.05 0.01 0.05 0.01

G10 10 10 0.1 0.02 0.1 0.02

G11 5 10 0.05 0.01 0.05 0.01

G12 11 10 0.1 0.02 0.1 0.02

G13 11 10 0.1 0.02 0.1 0.02



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OCTUBRE 2010


Respuesta modal con PSSs:

Modos bien amortiguadosAmortiguamiento mayor a

0.05



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Respuesta del sistema con PSS y sin PSS ante perturbacin

Sin PSSs Con PSSs

PotenciaPotencia



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APLICACIN SISTEMA DE 16 GENERADORES- CASO VALLE

Se realiza la representacin modal del sistema una vez corrido el flujo decargas con PST Funcin svm

Representacin modaldel sistema en ejesFrecuencia Amortiguamiento. Se

establece lmite deinestabilidad en lneacontnua

Valores inestables

Lmite de estabilidad



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OCTUBRE 2010


Clculo de la fase y ganancia de cada uno de los PSSs a incorporar. Seincorporan bajo la condicin ms restrictiva observando los factores departicipacin asociados 7 PSS con los siguientes ajustes:

PSS GANANCIA Tw0

T1 T2 T3 T4

G2 10 10 0.02 0.1 0.02 0.1

G3 10 10 0.02 0.1 0.02 0.1

G9 7 10 0.04 0.11 0.04 0.11

G10 10 10 0.01 0.1 0.01 0.1

G11 10 10 0.04 0.1 0.04 0.1

G12 10 10 0.02 0.13 0.02 0.13



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Respuesta modal con PSSs:

Modos bien amortiguadosAmortiguamiento mayor a

0.05



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Respuesta del sistema con PSS y sin PSS ante perturbacin

Sin PSSs Con PSSs

Potencia Potencia

NDICE


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NDICE






Funcionamiento del PSS

Tipos de Estabilizadores


Metodologa propuesta



6. Conclusiones

CONCLUSIONES


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OCTUBRE 2010

Es posible la amortiguacin de oscilaciones electromecnicas de baja frecuencia atravs de la instalacin de dispositivos PSS en los generadores de sistemas muygrandes.

Para amortiguar los sistemas elctricos estudiados, se han instalado

estabilizadores de potencia en su condicin mas restrictiva. A mayor nmero dePSS, mayor facilidad para amortiguar.

Muchos problemas de prdidas de lneas o actuacin de las protecciones con losinconvenientes que ello podra suponer, pueden ser evitados con la instalacin de

PSS.

Para conseguir esta amortiguacin es necesaria una correcta sintonizacin de susparmetros, y una buena coordinacin entre los PSS.

La sintonizacin realizada funciona para un nico punto de operacin o variacionesmuy pequeas alrededor de l. Se pueden incluir tcnicas de inteligencia artificialpara conseguir una sintonizacin en tiempo real.

A travs de los estabilizadores de potencia es posible amortiguar oscilaciones delos modos locales, e influir en pequea proporcin en los modos entre-reas.

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