Caso 1: Falla franca de 0.1 segundos de duración

Este caso consiste en someter a la red a una falla franca en el nodo South, dicha falla será liberada después de 0.1 segundos. En la fig.4.17(a) se observó el comportamiento de la magnitud de voltaje en todos los nodos del sistema de prueba, mientras que en la fig. 4.17(b) se observó la magnitud de voltaje del mismo caso, pero usando tres modelos equivalentes para representar el parque eólico. Observando las gráficas mostradas, podemos observar que la gráfica del modelo equivalente nos entrega resultados similares a los del modelo completo. Las diferencias entre ambas gráficas son apreciables si, a partir del programa de simulación, observamos la tabulación de resultados, los cuales muestran el valor del voltaje nodal a casa instante de tiempo en el que las ecuaciones son resueltas.

Previamente se mencionó que la presencia de generación eólica podía mejorar el voltaje, lo cual puede observarse en un perfil de mayor magnitud. Al igual que el caso anterior, al ocurrir la falla, la

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magnitud de los voltajes nodales se reduce de forma instantánea a valores cercanos a cero debido al aumento en la corriente y a la caída de voltaje que se da por la circulación de dicha corriente de falla, siendo el nodo South el único nodo cuya magnitud llega a cero. Una vez que la falla es liberada, los voltajes nodales del sistema se recuperan de forma instantánea a valores próximos a la unidad. En este caso, el aporte de la generación eólica se aprecia en un valor más alto en todas las magnitudes de los voltajes nodales (excepto en aquellos que están fijos), debido a la capacidad de absorción o suministro de potencia reactiva del parque, la cual ayuda al sistema a mitigar las oscilaciones presentes en el sistema una vez liberada la falla, las cuales van desapareciendo conforme el tiempo avanza. Otro aspecto importante se puede observar en los valores a los que caen los voltajes nodales cuando la falla está presente, cuando la generación eólica está conectada dichos valores aumentan y todos se encuentran por arriba de 0.1 por unidad, cuando en el caso anterior se encontraban entre 0.02 y 0.06 por unidad. En este caso, el sistema es estable en términos de voltaje. De acuerdo al código de red, ambas representaciones del parque pueden continuar entregando su potencia generada a la red después de la falla ocurrida en el nodo South, lo anterior debido a que cumplen con lo establecido en la gráfica del hueco de tensión (fig. 2.7), cuyo comportamiento se encuentra dentro de los límites establecidos en cada valor de tiempo. Dicho lo anterior y observando que el sistema se estabiliza alrededor de un valor, en un caso real, no habría operación de ninguna protección del sistema, permitiendo la operación del parque eólico en la red eléctrica.

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(b) Modelos equivalentes del parque eólico.

Figura 4.17: Respuesta de la magnitud de voltaje en todos los nodos, cuando el sistema es sometido a una falla franca de 0.1 segundos.

Las figuras 4.18 (a) y (b) muestran los ángulos de rotor de la representación completa y del modelo equivalente del parque eólico, respectivamente. Ambas representaciones son prácticamente iguales y no se aprecian diferencias significativas dentro de la gráfica, sin embargo, se pueden apreciar dentro de las tablas de resultados del programa. Lo anterior aplica para todas las variables analizadas en este trabajo.

La figura 4.18 nos muestra que hay un incremento en el valor del ángulo del rotor del generador North debido a la falla, mientras que el ángulo del rotor del generador South continúa oscilando. En este caso, el sistema se mantiene operando de forma estable pero perturbada. Sin embargo, la perturbación del sistema comienza a desaparecer y las oscilaciones reducen su amplitud. Ambas máquinas estabilizan el valor del ángulo del rotor alrededor de un valor, por lo tanto, el sistema es estable en términos de ángulo del rotor.

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(a) Usando la representación completa del parque.

(b) Usando modelos equivalentes del parque eólico.

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Las figuras 4.19 (a) y (b) muestran las velocidades angulares de cada máquina síncrona.

(a) Representación completa del parque eólico.

(b) Usando modelos equivalentes del parque eólico.

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En ambas figuras se aprecia cómo una vez liberada la falla, la velocidad angular del rotor se mantiene prácticamente igual, es decir, no muestra aceleraciones o desaceleraciones significativas con respecto al caso base. En el caso de la velocidad angular no se encuentran diferencias significativas cuando la energía eólica es incorporada. Las únicas diferencias apreciables son en el generador del nodo North, el cual reduce su valor máximo de 1.0012 a 1.0006 por unidad. La máquina del nodo South permanece prácticamente igual.

La figura4.20 (a) y (b) muestran la potencia activa que fluye por las líneas de transmisión, usando la representación completa y el modelo equivalente. Al igual que el caso base, las potencias quedan perturbadas después del cortocircuito y continúan oscilando una vez que la falla ha sido liberada, sin embargo, su magnitud comienza a estabilizarse después de tres segundos.

De forma similar al comportamiento observado en flujos de potencia, las líneas de transmisión cercanas al nodo North se descargaron al incorporar la generación eólica, en el resto de las líneas la potencia transmitida aumentó.

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(b) Usando modelos equivalentes del parque eólico.

Figura 4.20: Flujo de potencia activa en las líneas de transmisión, falla franca de 0.1 segundos. Las figuras 4.21 (a) y (b) muestran el flujo de potencia reactiva en las líneas de transmisión.

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(b) Usando modelos equivalentes del parque eólico.

Figura 4.21: Flujo de potencia reactiva en las líneas de transmisión, falla franca de 0.1 segundos.

Al igual que las potencias activas, el flujo de potencia activa continúa perturbado una vez liberada la falla, sin embargo, la oscilación es mucho menor y comienza a desaparecer conforme transcurre el tiempo. En el caso de la potencia reactiva, cuando ocurre la falla, la potencia transmitida del nodo North (el cual cumple la función de ser el nodo Slack) al nodo South (nodo donde está presente la falla) aumenta. Esto es debido a la acción que toma el generador del nodo North para tratar de mantener el balance en el sistema, suministrando los reactivos necesario. Una vez liberada la falla el sistema queda perturbado, pero dichas perturbaciones son menores comparadas con la potencia activa, lo cual es debido a la capacidad del parque para absorber o suministrar potencia reactiva. Los tiempos de simulación de este caso se presentan en la siguiente tabla.

Tabla 4.3: Tiempos de simulación

Completo (segundos) Equivalente (segundos) Porcentaje (%) Tiempo 56.36 10.27 18.22