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Presentación Estabilidad de voltaje

Plantilla de Unidad
by

Lore Ramirez

on 5 November 2014

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Transcript of Presentación Estabilidad de voltaje

Estabilidad de voltaje en sistemas de potencia
La inestabilidad de voltaje es la condición del sistema en la cual se presentan variaciones continuas de los voltajes en los nodos, debido a que el sistema no encuentra un punto de operación estable para normalizar su condición. Para el sistema resulta difícil salir de esta condición y su resultado final es la disminución de los voltajes hasta cero, llegando al colapso de voltaje.
El colapso de voltaje es la consecuencia de varios eventos inestables, en los cuales el sistema alcanza la desconexión parcial o total de la red .
Los disturbios producen desbalances de potencia y
afectan las variables eléctricas
del sistema como la frecuencia de la onda de voltaje, la amplitud del voltaje y el ángulo del rotor del generador.
La frecuencia se afecta más por el desbalance de potencia activa, el voltaje por el desbalance de potencia reactiva.
La estabilidad de voltaje se define como la habilidad que tiene el sistema para
mantener los voltajes en valores adecuados, durante la operación normal y después de haber sido sometido a un disturbio.
La estabilidad del sistema eléctrico de potencia se encuentra relacionada con los balances de potencia entre la generación,el consumo y las pérdidas en la red.
La estabilidad de voltaje se mantiene principalmente con el suministro adecuado de potencia reactiva a los nodos de carga; esto evita la disminución de las magnitudes del voltaje y el acercamiento a los límites de estabilidad.
Curva PV-variación potencia activa
Se determinará para este sistema de potencia: la máxima transferencia de potencia a través de la línea y el comportamiento del voltaje en el nodo de recibo “i”, a
medida que aumenta la carga.
La magnitud del voltaje del nodo de carga “Vi” se puede expresar en función del voltaje del nodo de envío “Vj”, la impedancia de la línea y la impedancia de la carga
Medición del margen de estabilidad mediante potencia reactiva
Curva QV-variación potencia reactiva
Puntos en la curva QV
Si se realiza la variación continua de la potencia reactiva de la fuente de compensación y se corren varios flujos de potencia se obtiene la curva QV. Este tipo de curva se utiliza para estudiar las reservas de potencia reactiva que tiene cada nodo y la compensación de potencia reactiva necesaria para mejorar la estabilidad de voltaje.
La potencia reactiva mantiene el campo magnético necesario para el funcionamiento de los equipos electromagnéticos y las magnitudes de los voltajes. Por lo tanto, debe asegurarse que cada nodo tenga suficientes reservas de potencia reactiva.

Las reservas de potencia reactiva se miden utilizando una fuente de inyección de potencia reactiva en paralelo con el nodo de carga “i”. La potencia activa se fija en un valor igual a cero, “Pci=0”; esto es similar a tener un condensador sincrónico de reactivos conectado al nodo
El punto

“A”
corresponde al voltaje nominal y de consumo de potencia reactiva igual a cero. El punto
“B”
, es el punto de operación para una carga inicial , con un valor de voltaje “V0”.
Si hay deficiencia de potencia reactiva, el voltaje disminuye hasta el punto crítico
“C”
; en este punto se tiene la máxima cargabilidad y el voltaje límite “VLim”. Al igual que la curva “PV”, se encuentran definidos los márgenes y límites de estabilidad de voltaje con respecto a las reservas de potencia reactiva.
El margen de estabilidad se encuentra entre el punto de operación “B” y el punto límite “C”; si se sobrepasa este límite, el sistema alcanza la inestabilidad.
El margen de estabilidad de voltaje por este método, se obtiene variando la potencia activa de la carga y estudiando el comportamiento de los voltajes de los nodos.
Medición del margen de estabilidad mediante potencia activa
Punto de operación: Es el punto estable en el que permanece cada nodo del
sistema de potencia durante el régimen estacionario, sin experimentar variaciones críticas de los voltajes. Este punto cambia constantemente, debido a las pequeñas variaciones de carga y generación.

Límite de estabilidad de voltaje: Es el punto de máxima transferencia de potencia que puede realizarse hacia un nodo y en el cual el sistema opera en riesgo de llegar a la inestabilidad. Los puntos de operación antes del límite son estables y después del límite son inestables.

Margen de estabilidad de voltaje: Se define como la distancia medida entre el punto inicial de operación y el límite de estabilidad de voltaje; esta distancia puede medirse por medio de la transferencia de potencia activa, reactiva o aparente hacia cada nodo de carga.
Curva PV-variación potencia activa
Si se considera que el generador compensa la potencia demandada del sistema y el voltaje es constante, la corriente que pasa a través de la línea de transmisión se calcula dividiendo el voltaje del nodo de generación “j” por la impedancia equivalente del sistema.
Gráfica de potencia activa, voltaje y corriente en función de la relación de impedancias
La potencia activa entregada en el nodo de carga “i”, se puede expresar en función del voltaje del nodo “j”, la impedancia de la carga y la impedancia de la línea
Cuando la demanda se incrementa (impedancia “ZDi” decrece), la corriente aumenta y el voltaje disminuye. Se puede notar que a mayor transferencia de potencia activa, menor es el voltaje en el nodo de carga “i”, debido a que las pérdidas de potencia reactiva se aumentan en la línea de transmisión y no se puede suministrar suficientes reactivos al nodo.
La potencia activa transferida al nodo de carga “i”, alcanza su valor máximo cuando “ZLij=ZDi”; este punto representa el límite de estabilidad y se define como el punto de máxima cargabilidad del nodo. Si la demanda aumenta más, el sistema deja de ser estable y los voltajes disminuyen rápidamente hasta cero.
Una forma común de representar las variaciones del voltaje con respecto al cambio de la carga, es graficar las curvas “PV” de cada nodo de carga “i”.
Ing. MSc. Sindy Lorena Ramírez Perdomo
Margenes de estabilidad
curvas PV-potencia activa
Curvas QV-potencia reactiva
solución de problemas de EV
compensación de reactivos: FACTS
Deslastre de carga
Monitoreo: medición con PMU
Fasores de voltaje y corriente
Monitoreo en tiempo real
Voltaje crítico + proximidad al colapso de tensión

Esquema de deslastre de carga mejorado
Estrategias de operación + deslastre local
Márgenes de estabilidad por nodos
Deslastre efectivo de carga
Estabilidad de
voltaje
Las curvas de reservas de potencia reactiva pueden graficarse para distintos consumos de potencia activa. Para pequeños consumos de potencia activa los nodos tienen gran cantidad de reserva de reactivos, pero para altos consumos de potencia activa las reservas se disminuyen considerablemente.
Conclusiones
Para los límites estáticos se tiene QDimax < PDimax. Es mejor suministrar potencia reactiva en el sitio, esto permitirá aprovechar mejor la línea, para transmitir potencia activa
No existe solución de voltaje en la carga más allá de los límites estáticos.
Las soluciones factibles del voltaje en la carga corresponden a valores positivos, las soluciones no factibles corresponden a valores de voltajes negativos o imaginarios.
El análisis de voltaje en estado estacionario se hace considerando varios puntos de operación del sistema. Como en cada punto de operación el sistema se considera en equilibrio, solo se requiere de flujos de carga para analizar el sistema. Estos análisis de la estabilidad de voltaje del estado estacionario se pueden realizar con estudios basados en flujos de potencia convencionales y flujos de potencia progresivos.
Varias técnicas han sido propuestas en la literatura para el análisis de la estabilidad de voltaje, entre ellas están: análisis de sensibilidad, reducción de la matriz Jacobiana (Singularidad de la matriz) y análisis modal, equivalente de red, diferencia vectorial, técnicas basada en energía y continuación de flujos de potencia
Las técnicas básicas para realizar estudio de estabilidad de voltaje estático, son las curvas P-V y V-Q, las cuales son generadas a través de muchos casos de flujo de carga. Donde la carga de una determinada barra de interés se incrementa poco a poco hasta llegar al límite de convergencia.
Un sistema de potencia debe operar con todos los nodos en la zona estable y suficientemente alejados del punto del colapso
Tanto las curvas PV como VQ entregan información sobre márgenes de potencia activa y reactiva en los nodos y permiten identificar los nodos más débiles.
Estabilidad de voltaje en sistemas de potencia
Un análisis de estabilidad de voltaje en régimen estacionario
de un sistema eléctrico de potencia determina:
el estado de
operación, el límite de estabilidad, el margen de estabilidad, la proximidad a la inestabilidad y los puntos críticos del sistema.
Clasificación de la estabilidad
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