Estructura del simulador digital de sistemas de potencia

Los simuladores digitales de sistemas eléctricos de potencia se clasifican de acuerdo al método de solución de las ecuaciones mixtas del sistema (diferenciales y algebraicas) y a la técnica de integración numérica empleada [3.2, 3.23]. En el simulador desarrollado en el presente trabajo, se solucionan las ecuaciones del

con fuentes alternas de generación (turbojet)

sistema en forma simultánea, por lo que el método que emplea en el análisis de la estabilidad transitoria de sistemas de potencia es conocido como implícito simultáneo, ya que el método de integración utilizado es la regla trapecial de integración [3.21, 3.23, 3.10, 3.6]. Para usar este método, se transforman las ecuaciones diferenciales del sistema en ecuaciones algebraicas al aplicarles la regla trapecial de integración. Después, se siguen los siguientes pasos:

a) Se determinan las condiciones iníciales, a partir de una corrida de flujos de carga convencional.

b) Se modifica la matriz de admitancias de nodo al incluir en los elementos diagonales correspondientes a los nodos de generación y de carga, las admitancias constantes en paralelo de los modelos equivalentes de Norton de los equipos conectados a la red de transmisión [3.2].

c) Se factoriza la matriz de admitancias de nodo modificada del sistema en LV.

d) Se calculan las constantes necesarias para aplicar la regla trapecial de integración, utilizando los valores del paso de integración anterior de todas las variables del sistema [3.2].

e) Se determinan las inyecciones de corriente de todos los equipos conectados en la red al resolver sus ecuaciones algebraicas utilizando los valores actuales de las variables de estado y de los voltajes y se forma el vector de inyecciones nodales de corriente [3.2].

f) Se soluciona el sistema de ecuaciones algebraicas por sustituciones en adelanto y atraso utilizando la tabla de factores del sistema.

g) Se calculan las potencias eléctricas de las máquinas síncronas, los pares de los motores de inducción y otras variables utilizando los voltajes obtenidos en el inciso anterior y se utilizan para resolver las ecuaciones diferenciales transformadas mediante la regla trapecial de integración de los equipos conectados a la red [3.2]. h) Se comparan los valores sucesivos de las variables de interés.

i) Se actualizan todas las variables del estudio.

j) Si la diferencia obtenida en el inciso h está dentro de la tolerancia especificada se continúa con el paso siguiente; en caso contrario, se regresa al inciso e.

Capítulo 3: Modelado de Sistemas Eléctricos de Potencia con Fuentes Alternas para estudios de Estabilidad Angular Transitoria 1) Se verifica si hay un cambio en la topología del sistema. Si la respuesta es afirmativa, se hacen los cambios y se solucionan las ecuaciones algebraicas que representan a la red manteniendo, como se mencionó en la sección 2.8.4, el valor de las variables de estado constante. Si la respuesta es negativa, se regresa al inciso d prosiguiendo con el procedimiento normal hasta que se llegue al tiempo de estudio especificado.

La estructura general del simulador digital es mostrada gráficamente en el diagrama de flujo de la figura 3.12 [3.2]

Si No

No

Si Si

Se calculan las condiciones iníciales de las maquinas eléctricas y de las cargas estáticas y controles.

Se incluyen las admitancias de los generadores y las cargas en Ybus y se factoriza ybus en LU

Se leen los datos dinámicos de las maquinas y sus controles

No

Inicio

Se leen los datos de la red y de las cargas dinámicas y estáticas.

Se realiza el estudio de flujos de carga inicial (se pueden considerar cargas variantes con el voltaje).

Se realiza el estudio de estabilidad transitoria Se imprimen los resultados de flujos de potencia Fin

Se leen los datos dinámicos Se modifica Ybus y se factoriza Se calculan condiciones iníciales T=0 A A Se resuelven las ecuaciones de la red y de las maquinas al mismo tiempo Hay un cambio en la topología de la red Efectuar el cambio Se resuelven las ecuaciones de la red Se imprimen los resultados Fin del estudio T=t+Δt Fin Se emplea el método implícito simultáneo para resolver las ecuaciones del sistema

con fuentes alternas de generación (turbojet)

Algunas de las ventajas de emplear el método implícito simultáneo para resolver las ecuaciones del estudio son las siguientes [3.2]:

• Son fáciles de implementar y muy flexibles para incluir nuevos elementos y modelos.

• Su lógica permite controlar el tamaño del paso de integración sin hacer cambios importantes.

• Es eficiente desde el punto de vista computacional ya que solo requiere de un método iterativo para resolver todas las ecuaciones del estudio.

• Se pueden emplear técnicas para sistemas dispersos [3.2].

Este método es usado en el programa TRANSTAB desarrollado en [3.2] que es utilizado para realizar las simulaciones del capítulo 4.

CAPÍTULO 4:

APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA

Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

4.1 INTRODUCCIÓN

En este capítulo se analiza un sistema de potencia tomado del libro Anderson con la implementación de cinco motores en el nodo 4 y una carga estática, simulando cargas de distribución agregadas al nivel de alta tensión. Los datos detallados de este sistema se presentan en el Apéndice del presente trabajo.

Se analiza el comportamiento dinámico del sistema ante fallas trifásicas considerando dos casos principales, que servirán para observar el efecto de los generadores turbojet, principalmente para determinar si esta fuente de generación ayuda a los motores a mantener la estabilidad después de presentarse una falla trifásica.

Se determinan por lo tanto los tiempos críticos de liberación de la falla y los tiempos de inestabilidad cuando el sistema no tiene generación turbojet y cuando ésta se adiciona.

Para ver más detalladamente los resultados, las variables principales de los generadores y motores se graficarán para el tiempo crítico de liberación y el tiempo de inestabilidad utilizando los resultados del programa digital TRANSTAB.

La estabilidad de los generadores se verificará por medio de la máxima separación angular de sos rotores. La estabilidad de los motores se comprobará al observar si son capaces de mover su carga mecánica después de una falla.

4.2 SISTEMA DE POTENCIA SIN GENERACIÓN ALTERNATIVA 4.2.1 Introducción

En el presente subtema se analiza el modelo base de prueba con lo cual se comprobara el correcto funcionamiento del programa digital además de que los resultados serán tomados como punto de comparación para el subtema 4.3.

con fuentes alternas de generación (turbojet y celdas combustibles)

Para este único caso se realizaran pruebas tanto para condiciones ideales como condiciones de falla.

4.2.2 Consideraciones del estudio

Se analizara el modelo únicamente con la implementación de los 5 motores que representaran la carga del sistema, se simularan fallas trifásicas en distintos nodos así como también la salida de algunas líneas del sistema para analizar el efecto de estas en los generadores y motores además de establecer los tiempos cuando el sistema pierde su estabilidad.

4.2.3 Sistema de prueba

A continuación se muestra en la figura 4.1 el modelo de prueba sin la implementación del generador turbojet

Figura 4.1 Diagrama general tomado del Anderson con los cuatro motores sin turbojet.

4.2.4 Resultados del estudio

Como primer paso se verifican las condiciones iniciales del modelo. En esta parte se puede decir que la simulación es correcta por que no se tiene ningún desbalance significativo al simular el sistema de 9 nodos implementándole 5 motores y una carga