Estabilidad en sistemas eléctricos de potencia

CONTENIDO

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Capitulo 1

Definición y clasificación de la estabilidad en sistemas eléctricos de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Definición del régimen estacionario y transitorio de un sistema eléctrico de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  21

Definición de estabilidad en sistemas eléctricos de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Relación entre confiabilidad, seguridad y estabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Clasificación de la estabilidad del sistema de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Estabilidad del ángulo del rotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  26

Estabilidad de frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  31

Estabilidad de voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Capitulo 2

Estabilidad de voltaje en régimen estacionario

en sistemas eléctricos de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Conceptos de estabilidad de voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Técnicas de análisis de estabilidad de voltaje en régimen estacionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Determinar la estabilidad de voltaje calculando los autovalores de la matriz jacobiano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

Factores de participación en estabilidad de voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

Causas de la disminución del margen de estabilidad de voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

Inestabilidad y colapso de voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

Compensadores en líneas de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

Métodos de solución de estabilidad de voltaje [5] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Metodología para el mejoramiento de la estabilidad de voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

Tutorial para analizar un sistema de potencia mediante flujo de carga y cortocircuito en NEPLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

Enunciado del ejemplo 2.5 Flujo de carga y cortocircuito en un sistema eléctrico de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

Solución del ejemplo 2.5 Flujo de carga y cortocircuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

Tutorial para analizar la estabilidad de voltaje de un sistema de potencia utilizando NEPLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

Enunciado de la tarea de estabilidad de voltaje para el sistema eléctrico de potencia del ejemplo 2.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

Solución estabilidad de voltaje para el sep del ejemplo 2.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

Capitulo 3

Estabilidad transitoria en sistemas eléctricos de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

Ecuación de oscilación en un generador sincrónico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

Potencia eléctrica entregada por un generador sincrónico en los bornes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

Potencia eléctrica entregada por un generador sincrónico de polos lisos a un barraje infinito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

Límite de estabilidad transitoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

Diferentes tipos de fallas al 50% de la línea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

Ecuaciones de potencia eléctrica transmitida en cada una de las fallas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

Factores que influyen en la estabilidad transitoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

Ecuación de oscilación para dos unidades [2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

Tutorial de estabilidad transitoria NEPLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

Reguladores avr y velocidad de la turbina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

Simulación dinámica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

Enunciado de la tarea de estabilidad del sistema eléctrico de potencia del ejemplo 2.5

Para estudio de estabilidad transitoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

Solución estabilidad transitoria para el sep del ejemplo 2.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

Capitulo 4

Estabilidad de pequeña señal en sistemas eléctricos de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  353

Representación de estado [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354

Linealización [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360

Análisis de estabilidad [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363

Autovalores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363

Autovectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377

Factores de participación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382

La estabilidad de pequeña señal de una máquina conectada a un barraje infinito – generador representado por el modelo clásico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383

La estabilidad de pequeña señal de una máquina conectada a un barraje infinito – incluyendo el circuito de campo de la máquina sincrónica [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  396

La estabilidad de pequeña señal de una máquina conectada a un barraje infinito – incluyendo el circuito de campo de la máquina sincrónica y el regulador de tensión (AVR) [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412

La estabilidad de pequeña señal de una máquina conectada a un barraje infinito – incluyendo el circuito de campo de la máquina sincrónica, el regulador de tensión (AVR) y el estabilizador de sistemas de potencia (PSS) [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422

Tutorial estabilidad de pequeña señal en NEPLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435

Ejemplo de estabilidad de pequeña señal en un sistema eléctrico de potencia de la Figura 4.37 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460

Solución pequeña señal del ejemplo de la figura 4.37 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461