CONCEPTOS BÁSICOS

La función básica de un estabilizador de potencia es extender los límites de estabilidad modulando la excitación del generador para proporcionar amortiguamiento a las frecuencias de oscilación de los rotores de generadores.

Con un rango de frecuencias entre 0.2Hz a 2.5Hz. El amortiguamiento se da cuando el estabilizador produce una componente de par eléctrico en el rotor en fase con las variaciones de velocidad.

Para cualquier señal de entrada la función de transferencia del estabilizador debe compensar las características de fase y ganancia del sistema de excitación, del generador y del sistema de potencia, los que colectivamente determinan una función de transferencia, la cual esta influenciada por la ganancia del regulador de voltaje, el nivel de potencia del generador y la robustez del sistema de potencia.

La contribución de par debido al estabilizador esta dado por:

 

 

 

Dado que la maquina esta conectada a un gran sistema de potencia a través de una línea de transmisión, la cual revela las características dinámicas de GEP que son proporcionales a las de regulación de voltaje de lazo cerrado, cuando la velocidad del generador es constante.

Las características dinámicas de GEP son proporcionales a las de regulación de voltaje de lazo cerrado, cuando la velocidad del generador es constante (Δw = 0), de esta forma.

REF t V V K K s GEP    1 2 ) (

La variación de (GEP)s con la ganancia del excitador, la potencia de salida del generador y la fortaleza del sistema de potencia son bases en los requerimientos de sintonización del estabilizador.

La respuesta de lazo cerrado del regulador de voltaje es fundamentalmente función de las características del excitador y de la robustez del sistema de potencia.

El estabilizador de un Sistema de Potencia debe operar a través de la planta (GEP)s, la cual es dependiente del generador, el sistema de excitación y el sistema de potencia.

Algunas características básicas de esta planta con respecto a las aplicaciones del estabilizador son:

 Las características de fase de (GEP)s son muy cercanas a las características de fase de lazo cerrado del regulador de voltaje.

 La ganancia (GEP)s se incrementa con la carga del generador.

 La ganancia de (GEP)s se incrementa a medida que el sistema es mas fuerte. Este efecto es amplificado con las ganancias de los reguladores de voltaje.

 Para las ganancias típicas del regulador de voltaje del orden de 20pu (Efd/Vt), la ganancia (GEP)s a las frecuencias de oscilación de interés es proporcional a la ganancia del regulador e inversamente proporcional a la constante de tiempo de lazo abierto del generador y la frecuencia de oscilación.

 El atraso de fase de (GEP)s se incrementa a medida que el sistema es mas robusto. Esto tiene una influencia considerable con los excitadores de alta ganancia, ya que la frecuencia de cruce del regulador de voltaje se asemeja a la frecuencia de oscilación de interés.

3.2.1 Medición del GEP(s)

Para sintonizar los estabilizadores es necesario obtener la función de transferencia GEP(s). Esta función de transferencia es proporcional a la función de transferencia desde la referencia de voltaje al voltaje terminal para una velocidad del rotor constante.

La función de transferencia desde la salida del estabilizador al voltaje terminal será proporcional a GEP(s) para el caso donde K5 es cero; esto se puede observar en la ecuación

 





 



La ganancia representa el efecto de los cambios del ángulo del rotor sobre el voltaje terminal, la cual tiene las siguientes características:

 Cuando no tiene carga el generador K es positiva y a tiende a cero, a medida que ₅ la red de transmisión se debilita hasta que se convierte un circuito abierto.

 Bajo carga, K es positiva para sistemas robustos pero cruza por cero y es negativo ₅ a medida que el sistema de transmisión es débil.

3.2.2 Naturaleza de las señales estabilizadoras

Las características de respuesta de frecuencia de los estabilizadores utilizando señales de entrada alternas son importantes a la hora de analizar los aspectos básicos de sintonización y capacidad de funcionamiento.

3.2.2.1 Señal de velocidad. Muestra la relación entre las características de fase de la trayectoria del estabilizador, a medida que la ganancia se incrementa desde cero, y en una dirección determinada por la fase neta del estabilizador, sistema de excitación, generador y sistema de potencia.

Permite a demás conocer la relación entre las características de fase de la trayectoria del estabilizador, desde la velocidad al par eléctrico y el funcionamiento del sistema de potencia con el lazo del estabilizador cerrado, con un amortiguamiento pequeño.

Esto se muestra en la ecuación:

i i jw H K w H D        2 4 1 0

El estabilizador debe operar a través de GEP(s), la característica varía de acuerdo con las condiciones operativas, la ganancia crece a medida que la carga del generador crece, lo que hace que se produzca problemas de estabilidad para los cuales el estabilizador es aplicado. Se diría que la ganancia puede ser alta para sistemas mallados donde el problema de estabilidad es mínimo y disminuye a medida que el sistema se debilita.

Adicionalmente la ganancia se incrementa cuando el sistema es robusto, el atraso de fase también se incrementa. En consecuencia el lazo del estabilizador es menos estable bajo condiciones robustas por lo cual estas condiciones establecen la ganancia máxima del estabilizador.

La ganancia debe ser atenuada en altas frecuencias para limitar el impacto del ruido y minimizar.

3.2.2.2 Señal de frecuencia. El uso de la señal de frecuencia como una entrada al estabilizador, presenta una sensitividad a las oscilaciones del rotor que se incrementa a medida que el sistema de transmisión externo se debilita, lo cual tiende a compensar la reducción en ganancia desde la salida del estabilizador al par eléctrico, GEP (s).

Se hace posible obtener contribuciones de amortiguamiento mayores para modos de oscilación entre plantas o áreas que la que se obtendrían con la entrada de velocidad.

3.2.2.3 Señal de potencia. La técnica mas común para analizar el estabilizador con entrada de potencia es tratar su entrada como la derivada de la velocidad y aplicar los mismos conceptos utilizados al analizar el estabilizador con entrada de velocidad; esta técnica permite que las características de funcionamiento del estabilizador con estrada de potencia sean idénticas al del estabilizador con entrada de velocidad.

 

D s

GES( ) pss

La ventaja de esta técnica es que permite reducir la ganancia con la frecuencia, reduciendo el riesgo de interacción torsional. Se emplea un bloque restaurador para compensar los cambios de potencia mecánica.