Antecedentes
Sub
En generadores y EE.TT. con tensión controlada se utilizan controles locales.
Los centros de control se encargan de mantener el funcionamiento dentro de limites operativos aceptables de áreas del sistema eléctrico, monitoreando la niveles de tensión, frecuencia, producción de unidades generadoras y flujos de potencia por líneas de interconexión.
Las variaciones en la potencia activa afectan principalmente a la frecuencia del sistema.
Las variaciones en la potencia reactiva es menos sensible a cambios en la frecuencia y afecta localmente la magnitud de la tensión.
Sub
=> Acoplamiento despreciable entre el LFC (P-f) y el lazo del AVR (Q-V) siendo posible analizarlos de manera independiente.
Cuando los generadores se sincronizan al sistema:
El lazo de control LFC, se encarga de controlar la distribución de potencia entre los generadores mediante el ajuste de la potencia a un determinado valor de referencia, según la frecuencia del sistema (impuesta).
El AVR actúa para mantener la tensión en valores cercanos al ajuste nominal y con la demanda fluctuante de potencia reactiva.
Ambos actúan continuamente para minimizar los cambios de tensión y frecuencia causados por cambios de carga aleatorios, que ocurren constantemente en un sistema interconectado de potencia.
Los cambios en la potencia activa generada dependen de la velocidad de rotación (dinámica mecánico).
La potencia reactiva depende principalmente de la tensión en la excitación del generador (dinámica eléctrica).
Sub Los controladores son ajustados a una condición particular de operación:
Poder suplir cambios de la demanda colaborando en mantener la frecuencia en 50 Hz.
Sostener la magnitud de tensión dentro de los límites de operación.
Para el SADI los limites de operación del sistema en régimen estacionario están establecidos en “Los Procedimientos” – PT 4 y Anexo 16
Frecuencia (PT 4): Entre 49 Hz y 51 Hz indefinido (luego esquema de corte de carga)
Tensión (Anexo 16):
Deberá mantenerse un nivel de tensión en todos los nodos del SISTEMA DE TRANSPORTE EN ALTA TENSION entre 0,97 y 1,03 por unidad de 500 kV.
Control de potencia activa:
Sub Para la operación satisfactoria de un sistema de potencia la frecuencia debe permanecer constante (idealmente).
La frecuencia de un sistema depende del balance de potencia activa:
generación = demanda + perdidas sistema
Partiendo de un estado de equilibrio y se produce un cambio en la demanda, aparecerá una perturbación en la frecuencia del sistema.
La energía almacenada en las masas rotantes de las turbinas y generadores circulará hacia o desde la red en función del déficit o superávit de potencia.
Si el aporte de energía mecánica es insuficiente (conexión de demanda) se reducirá la velocidad de rotación de las maquinas (subfrecuencia).
Si el aporte de energía mecánica es superior a la demanda (desconexión) se incrementara la velocidad de rotación de las maquinas (sobrefrecuencia).
Solución:
– Modificar la potencia de la máquina impulsora (válvulas de combustible)
– Modificar la demanda (esquemas de corte de carga)
Control de potencia activa:
Si la frecuencia baja menos de 48 Hz, la frecuencia de excitación mecánica comienza a llevar a la resonancia los alabes de la turbina produciéndose una intensa fatiga.
Como la fatiga es acumulativa, no se deben sumar más de 10 min expuestos a fatiga a lo largo de la vida útil.
f se restituye
f se restituye por corte de carga
f no se restituye
Sub Si idealmente se bloquean las válvulas de admisión de vapor o de agua, el sistema evolucionará alcanzándose una frecuencia de valor distinto de la inicial.
La propiedad del sistema de alcanzar un nuevo equilibrio, se debe al amortiguamiento del mismo, caracterizado por el parámetro D
D = coeficiente de amortiguamiento, caracteriza la variación de la carga eléctrica, en función de la frecuencia.
Regulación propia del sistema:
f
PE
?f
?PE
El valor del coeficiente D, depende del tipo de carga.
Cargas de Z cte (resistores) son insensibles a cambios en f
Cargas de P cte (motores) son sensibles a cambios en f
La carga en sistemas eléctricos esta compuesta en distinta proporción de las cargas de Z cte y P cte.
Sub El amortiguamiento del sistema varia durante el día, ya que la carga que depende de la frecuencia y la que no, varia en horas de alta carga respecto a estados de baja carga.
A medida que la carga independiente de la frecuencia aumenta la pendiente de la curva ?f/ ?PE se hace mas horizontal:
Regulación propia del sistema:
f
PE
?f
?PE
En un sistema eléctrico importante, el amortiguamiento puede ser bajo y las variaciones en la frecuencia debida a las variaciones de carga pueden tener amplitudes inadmisibles.
Es necesario que la turbina tenga un sistema que adapte la potencia eléctrica generada según las variaciones de carga.
f
PE
?f
?PE
Sub La carga del sistema la constituyen una gran cantidad de cargas individuales (industrial, residencial, comercial).
Los instantes de conexión y desconexión de cada una de ellas dependen del azar, pero la potencia media consumida por el conjunto de cargas , depende del nivel y tipo de actividad.
Un sistema importante, como el SADI sigue la siguiente variación de carga durante el día:
Variación de la carga:
Sub Es posible prever con bastante aproximación la demanda y elaborar programas de despacho a partir de las previsiones.
Sin embargo las previsiones no son perfectas y dependen de distintos factores que pueden no ser previsibles: climáticos, sociales, etc.
Variación de la carga:
Desde las 14:45 hs se registró un descenso de aprox. 1600 MW hasta las 16:15 (por disminución de las actividades).
En el entretiempo se observó una subida de 530 MW. Al comenzar el segundo tiempo se observó una nueva disminución de 200 MW.
Al finalizar el partido se inició un fuerte incremento de lademanda de casi 2150 MW desde las 17:50 hasta las 18:05 hs(aprox. 150 MW/min).
Sub Sin un sistema de regulación automática, la potencia generada por estaría determinada por el despacho programado.
Así existiría una diferencia entre la potencia que consume la demanda y la generada por las centrales:
Errores inevitables en la previsión del consumo.
Carácter aleatorio de los momentos de conexión y desconexión de cargas, originando fluctuaciones alrededor del valor medio.
=> Estas diferencias, sin un sistema de regulación automático, producirán variaciones en la frecuencia cuyo valor dependerá del amortiguamiento del sistema.
Variación de la carga:
Sub Para evitar las variaciones de frecuencia, se provee de reguladores de velocidad, que actúan sobre las válvulas de admisión cuando la velocidad de la turbina se aparte de la velocidad de referencia del regulador.
Los reguladores de velocidad (governors) son dispositivos individuales, instalados en cada turbina.
Se encargan de regular la velocidad de la maquina que controlan.
Regulador Isócrono (astático con realimentación)
Por simplicidad se desprecian variables dinámicas intermedias (accionamiento de la válvula de admisión, turbina, etc).
Ante un error negativo de la frecuencia, el regulador aumenta la potencia mecánica aplicada sobre el eje, lo cual tiende a reducir el error de frecuencia.
El efecto integrador del regulador hace que el régimen permanente se alcance cuando el error de frecuencia es cero.
Regulación primaria de frecuencia (RPF):
Sub
Respuesta ante escalón + de carga:
La velocidad se restituye a la de referencia y la potencia generada aumenta con la carga.
Este regulador, mantiene la frecuencia constante en régimen permanente, funciona correctamente en un sistema aislado donde existe un único generador, o bien donde un unico generador balancea todos los cambios de carga (imposible).
Presenta un polo en el origen.
Respuesta lenta en régimen transitorio, y es inestable para valores bajos de ganancia.
Como en un sistema eléctrico es deseable que un elevado número de generadores participen en la regulación primaria, el regulador isócrono no se aplica en la práctica.
Sub Para permitir que varios generadores participen en el control primario de frecuencia dentro de un mismo sistema, se aplica en cada uno de ellos una característica frecuencia-potencia en régimen permanente negativa.
La constante R determina la característica del regulador en régimen permanente.
La constante R se conoce como estatismo del generador.
Gráficamente, el estatismo es la pendiente de la característica frecuencia/potencia cambiada de signo.
Regulador con estatismo
Estatismo:
Sub Es el cambio de velocidad angular de la maquina cuando pasa de operar en vacío a plena carga.
El cambio de velocidad angular esta dado
por la pendiente de la recta:
Para el punto B: P = PN =>
Como f a O:
B
A
% de plena carga
% de
0% 100%
Estatismo:
Sub El estatismo permite un error en la frecuencia en régimen permanente, contrariamente de lo que sucedía en el caso del regulador isócrono.
Energía reguladora:
Es la relación entre la variación de la potencia generada y la respectiva variación de frecuencia en Hz.
El signo negativo se debe a que según el estatismo del regulador, un aumento en la potencia generada se corresponde con una disminución en la frecuencia.
Entonces:
Otra forma de expresar la energía reguladora es como el % de variación de
potencia por décima de Hz que varia la frecuencia.
Si se pasa de la operación en vacío a plena carga:
Si se considera la variación de la operación en vacío a plena carga:
Como:
Por décima de Hz:
Como:
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