Contribución del STATCOM mejorado a la inercia del sistema

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Contribuci´on del STATCOM mejorado a la inercia del sistema

Nathaly Victoria Lozano Qui˜nones [email protected]

Proyecto de grado para el t´ıtulo de Ingeniera El´ectrica Asesor: Mario Alberto R´ıos Mes´ıas Ph.D

Jurado: Gustavo Ramos L´opez Ph.D

Departamento de Ingenier´ıa El´ectrica y Electr´onica Universidad de los Andes

Bogot´a, Colombia.

2022

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´Indice general

Lista de Figuras II

Lista de Tablas III

1. Introducci´on 1

1.1. Objetivo general . . . 1

1.2. Objetivos espec´ıficos . . . 1

2. Marco Te´orico 3 2.1. FACTS . . . 3

2.1.1. STATCOM . . . 3

2.1.2. STATCOM mejorado . . . 3

2.2. Inercia . . . 4

2.2.1. Inercia virtual . . . 4

3. Criterio de an´alisis 5 4. Casos de estudio 6 5. Pruebas 7 5.1. Sistema de estudio . . . 7

5.2. STATCOM Mejorado . . . 7

6. An´alisis y Resultados 11 6.1. Evento de Cortocircuito y Apertura de L´ınea . . . 11

6.1.1. Caso A1 . . . 11

6.1.2. Caso B1 . . . 12

6.1.3. Resultados y an´alisis . . . 13

6.2. Desconexi´on de carga . . . 14

6.2.1. Caso A2 . . . 14

6.2.2. Caso B2 . . . 15

6.3. Desconexi´on de unidad de generaci´on . . . 18

6.3.1. Caso A3 . . . 18

6.3.2. Caso B3 . . . 19

7. Conclusiones y trabajos futuros 23

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Lista de Figuras

2-1. Diagrama unifilar del STATCOM [6] . . . 3

5-1. Sistema de nueve nodos . . . 7

5-2. Control de planta de potencia activa (P) . . . 8

5-3. Control de planta de potencia reactiva (Q) . . . 8

5-4. STATCOM Mejorado conectado al Bus 5 del sistema de 9 buses de IEEE en PowerFactory . . . 9

6-1. Caso A1 - magnitud de la tensi´on (p.u) del Bus 5 . . . 11

6-2. Caso A1 - Frecuencia (Hz) del Bus 5 . . . 11

6-3. Caso A1 - Magnitud de la tensi´on (p.u) del Bus 5 . . . 12

6-5. Potencia activa (MW) y reactiva (MVAr) del STATCOM Mejorado despu´es de la falla . . . 13

6-7. Caso A2 - frecuencia (Hz) y desviaci´on de la frecuencia (Hz) del Bus 5 . . . . 14

6-8. Caso A2 - Potencia activa (MW) de los generadores del sistema . . . 15

6-9. Caso B2 - magnitud de la tensi´on (p.u) del Bus 5 . . . 15

6-10. Caso B2 - frecuencia (Hz) y desviaci´on de la frecuencia (Hz) del Bus 5 . . . . 16

6-11. Caso B2 - Potencia activa (MW) de los generadores del sistema . . . 16

6-12. Potencia activa (MW) y reactiva (MVAr) del STATCOM Mejorado despu´es de desconexi´on de carga . . . 17

6-15. Caso A3 - Potencia activa (MW) de los generadores del sistema . . . 19

6-16. Caso B3 - magnitud de la tensi´on (p.u) del Bus 5 . . . 20

6-17. Caso B3 - Frecuencia(Hz) del Bus 5 . . . 20

6-18. Caso B3 - Potencia activa (MW) de los generadores del sistema . . . 21 6-19. Caso B3 - Potencia activa (MW) y reactiva (MVAr) del STATCOM Mejorado . 21

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Lista de Tablas

4-1. Casos para evaluar la funcionalidad mejorada del STATCOM y la contribuci´on

de la inercia . . . 6

5-1. Constantes para el control de planta de Q . . . 9

5-2. Especificaciones T´ecnicas del STATCOM Mejorado . . . 10

6-1. Resultados de los eventos de cortocircuito y apertura de l´ınea . . . 13

6-2. Condiciones iniciales y resultados de Caso A2 y Caso B2 . . . 17

6-3. Potencia activa y reactiva del STATCOM Mejorado despu´es de la desconexi´on de carga . . . 17

6-4. Condiciones Iniciales, resultados de Caso A3 y Caso B3 . . . 22

6-5. Potencia activa y reactiva del STATCOM Mejorado despu´es de desconexi´on de carga . . . 22

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Capitulo 1 Introducci´on

Resumen - En este documento se estudia el STATCOM Mejorado, el cual se basa en un producto de Hitachi Energy llamado SVC Light® Enhanced. El STATCOM Mejorado integra la tecnolog´ıa de un STATCOM tradicional y la tecnolog´ıa de almacenamiento de energ´ıa para proporcionar energ´ıa activa y reactiva a los sistemas de transmisión. Esta modalidad es una solución a los problemas provocados por la transición de energ´ıa verde como lo es la escasez de inercia. Por ende, se realizó un estudio de este equipo para analizar su aporte a la inercia del sistema. El sistema de estudio fue el de nueve nodo y todo se modeló en Power Factory.

Debido al cambio climático y sus consecuencias, hay una transición de la energ´ıa convencional a la energ´ıa verde, lo que implica que el gradual reemplazo de los generadores de combustibles fósiles por fuentes de energ´ıa renovables, de esta forma, se logra que las redes eléctricas estén sometidas a un estrés mayor [1]. Sin embargo, estos cambios pueden afectar los sistemas de transmisión al perturbar la estabilidad de voltaje y frecuencia y crear una reducción de la inercia en la red, debido a la falta de masas giratorias grandes [1]. Por lo tanto, Hitachi Energy creó el SVC Light® Enhanced como una solución, afirmando que aborda los desaf´ıos de escasez de inercia e inestabilidad de frecuencia [1]. Además, este equipo integra un STATCOM y las tecnolog´ıas de almacenamiento de energ´ıa para proporcionar potencia activa y reactiva a los sistemas de transmisión [2]. El STATCOM mejorado, que es el dispositivo estudiado en este documento, se basa en el SVC Light® Enhanced mencionado anteriormente.

Este documento aborda un estudio del STATCOM mejorado y su contribución a la inercia del sistema, donde se utilizó el sistema de 9 nodos de IEEE como sistema de estudio. Tanto el equipo como el sistema de estudio se modelaron en PowerFactory.Cabe resaltar que el equipo está conectada al Bus 5. Posteriormente, se creó un evento de cortocircuito en la L´ınea 5-7 seguido de la apertura de la l´ınea para observar el comportamiento del STATCOM mejorado.

Adem´as, se simularon dos eventos para poder analizar el aporte de inercia al sistema: primero, cuando se desconecta una carga y, segundo, cuando se desconecta una unidad generadora.

1.1 Objetivo general

A continuaci´on, se presentan los objetivos generales del proyecto.

Modelar el STATCOM mejorado con base en la informaci´on p´ublica proporcionada por Hitachi Energy en PowerFactor.

Evaluar desempe˜no del sistema de 9 nodos y la contribuci´on del STATCOM mejorado a la inercia del sistema.

1.2 Objetivos espec´ıficos

A continuaci´on, se presentan los objetivos espec´ıficos del proyecto.

Corroborar el funcionamiento general del STATCOM mejorado con base en el modelo hecho en PowerFactory.

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Introducci´on Cap´ıtulo 1

Corroborar de forma te´orica el porqu´e el STATCOM mejorado contribuye a la inercia del sistema con base en el modelo planteado en PowerFactory.

Hallar el ROCOF del sistema con el fin de evaluar la contribuci´on de la inercia.

Realizar un art´ıculo difusi´on.

Realizar un informe de sustentaci´on del proyecto de grado realizado.

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Capitulo 2 Marco Te´orico

2.1 FACTS

Los FACTS (Flexible AC Transmission Systems) son equipos que incorporan controladores electrónicos de potencia y otros controladores estáticos para mejorar la capacidad de control y aumentar la capacidad de transferencia de potencia [3]. En este estudio, se enfocará principalmente en el STATCOM (Static Synchronous Compensator) y un STATCOM mejorado.

2.1.1 STATCOM

El STATCOM es la segunda generación de controladores FACTS [4]. Este dispositivo tiene múltiples ventajas al ser pequeño, es decir, no ocupa tanto espacio, tiene alta velocidad de respuesta y sin contaminación armónica [4]. El STATCOM proporciona de manera continua potencia reactiva variable en respuesta a las variaciones de voltaje, apoyando la estabilidad de la red [5]. Este dispositivo se basa en los principios del VSC y combina un PWM único con conmutación en milisegundos [5]. Cabe resaltar que este equipo es más rápido que un SVC y si es necesario, se pueden utilizar reactores y condensadores de núcleo de aire conmutados o fijos con el VSC como elementos adicionales de potencia reactiva para alcanzar cualquier rango deseado [5]. En la Fig. 2-1 se observa un diagrama unifilar del STATCOM.

Figura 2-1: Diagrama unifilar del STATCOM [6]

2.1.2 STATCOM mejorado

El STATCOM mejorado combina la tecnolog´ıa de un STATCOM estándar con una, o una serie de, supercapacitancias, que hacen de este un equipo capaz de contribuir potencia activa y reactiva a un sistema, todo en una sola herramienta [2]. De forma dinámica, el dispositivo debe ser capaz de abordar y contrarrestar las fallas presentadas por la baja inercia, y contribuir a suplir la creciente demanda en calidad de transmisión que requieren los nuevos sistemas.

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Marco te´orico Cap´ıtulo 2

2.2 Inercia

“En f´ısica, la inercia es la propiedad que tienen los objetos de mantenerse en movimiento cuando ya la fuerza equivale a cero” [7]. En el caso de ingenier´ıa eléctrica, la inercia es una forma de almacenamiento de energ´ıa que soluciona los desbalances que hay entre la oferta y la demanda en las redes en cuestión de segundos [8]. En otras palabras, el hecho de que la energ´ıa se pueda retener de esa forma, resulta muy conveniente para los sistemas eléctricos que tienen “sensibilidad a cambios bruscos de frecuencia y tensión, ya que aportar´ıan la electricidad necesaria para reajustar el desequilibrio” [7].

La inercia de la red es proporcionada por los combustibles fósiles que hay en los sistemas eléctricos, ya que hay máquinas sincrónicas conectadas a la red y a las masas rotatorias [8]. Es por esto que cuando hay fallas, pérdidas o desbalances, el rotor de las máquinas mencionadas es el que aporta inercia al sistema, porque gracias a las leyes f´ısicas, estos siguen girando con normalidad, reduciendo o incluso eliminando las posibles perturbaciones que genere la falla en la potencia, y ofreciendo resistencia al sistema frente a estas [9].

El problema radica en el cambio que ocurre actualmente en la energ´ıa, debido a la transición de energ´ıa convencional a renovables, lo cual implica la eliminación de estas máquinas sincrónicas y rotativas que proporcionan la inercia a la red [8]. Es por esto, que se buscan soluciones y estrategias para tener una adaptación correcta a la famosa energ´ıa verde.

2.2.1 Inercia virtual

La inercia virtual surge como una herramienta que se incorpora en sistemas de generación mediante fuentes renovables, para compensar la falta de robustez frente a variaciones en la potencia y frecuencia que presentan este tipo de sistemas frente a sus contrapartes tradicionales [8]. Dada la falta de rotores o grandes masas móviles en este tipo de sistemas, la inercia virtual se genera a partir de grandes bancos de bater´ıas u otros métodos de almacenamiento de energ´ıas, para actuar en el momento de una desconexión o falla que afecte la estabilidad del sistema [9].

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Capitulo 3 Criterio de an´alisis

Por un lado, para analizar el funcionamiento general del STATCOM Mejorado, se tuvieron en cuenta el voltaje y la frecuencia. Más claramente, como se indicó anteriormente, el STATCOM Mejorado integra un STATCOM y tecnolog´ıa de almacenamiento de energ´ıa, en este caso, supercapacitores. Por lo tanto, la parte del STATCOM debe aumentar la estabilidad del voltaje por su compensación de potencia reactiva, por lo que se analizó el voltaje del Bus 5 para verificar que siempre volviera a 1 p.u. +/- 5% después de algún evento de falla o perturbación. Gracias a los supercapacitores que pueden agregar capacidad de potencia activa, se pueden solucionar los problemas de inestabilidad de frecuencia, por lo que se tomó como la variable que debe volver a 60 Hz luego del evento de falla o perturbación.

Por otro lado, para concluir la contribuci´on del STATCOM Mejorado a la inercia del sistema se consideraron las siguientes variables:

RoCoF (Hz/s): El RoCoF (Rate of Change of Frequency) se obtiene a partir del gr´afico de la desviaci´on de frecuencia a los 0,5 segundos, porque 500 ms es un lapso adecuado para calcular el RoCoF, ya que normalmente los generadores tardan este tiempo en volver a un estado coherente [10].

f• (Hz): la frecuencia de estado estable.

Nadir (Hz): el nadir de la frecuencia.

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Capitulo 4 Casos de estudio

Para corroborar la funcionalidad y la contribuci´on a la inercia del STATCOM Mejorado, se crearon los casos que se muestran en la Tabla 4-1. Un ejemplo de como se lee la tabla mencionada es el siguiente: el caso A1 corresponde al evento de cortocircuito y apertura de l´ınea sin STATCOM Mejorado.

Tabla 4-1: Casos para evaluar la funcionalidad mejorada del STATCOM y la contribuci´on de la inercia

Caso A 1 Evento de cortocircuito y apertura de l´ınea sin STATCOM Mejorado 2 Desconexi´on de la carga sin STATCOM Mejorado

3 Desconexi´on de unidad de generaci´on sin STATCOM Mejorado Caso B 1 Evento de cortocircuito y apertura de l´ınea con STATCOM Mejorado

2 Desconexi´on de la carga con STATCOM Mejorado

3 Desconexi´on de unidad de generaci´on con STATCOM Mejorado

En primer lugar, para validar y observar el rendimiento del STATCOM mejorado, se creó un evento de cortocircuito trifásico para la l´ınea 5-7, que se produce a los 2 segundos de la simulación. Continuamente, se creó un evento de conmutación para que la misma l´ınea se abriera 0,083 segundos después. En otras palabras, después de que se produjera un cortocircuito en la L´ınea 5-7, la l´ınea se abr´ıa a los 2,083 segundos. Es importante mencionar que los eventos se realizaron con una simulación de 20 segundos de duración.

En segundo lugar, para estudiar el dispositivo y su contribución a la inercia del sistema, se simularon los siguientes dos casos: una desconexión de la carga y una desconexión de la unidad generadora. Dado que [11] sostiene cómo varios pa´ıses toman el 10% de la carga total del sistema para hacer estudios de RoCoF, la primera prueba para corroborar la contribución a la inercia consiste en desconectar el 10% de la carga total del sistema de nueve buses. La demanda total del sistema es de 351 MW, por lo que se debe desconectar una carga de 35,1 MW para observar la reacción del sistema. Es importante aclarar que la Load B (Carga B) se dividió en dos: Load B y Event Load, donde Event Load es la carga de 35,1 MW que debe ser desconectada. Posteriormente, se desconectó el 10% de una unidad de generación para corroborar también el aporte de inercia del equipo. En este caso, G1 se dividió en dos: G1 y Event Gen, siendo Event Gen la unidad de 31,5 MW que debe ser desconectada.

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Capitulo 5 Pruebas

5.1 Sistema de estudio

El sistema de estudio utilizado fue el sistema de nueve barras, que se presenta en el libro Power System Control and Stability de Anderson y Fouad [12]. Como su nombre lo indica, el sistema consta de nueve nodos, tres transformadores, tres cargas, seis l´ıneas y tres generadores que se modelan con sus respectivos AVR y gobernadores. La Figura 5-1 muestra el sistema de nueve buses simulado en PowerFactory.

Figura 5-1: Sistema de nueve nodos

5.2 STATCOM Mejorado

El STATCOM Mejorado combina dos tecnolog´ıas de estabilización de la red: el STATCOM tradicional y el almacenamiento de energ´ıa, con el fin de proporcionar potencia activa y reactiva a los sistemas de transmisión [2]. El STATCOM fue modelado en PowerFactory con un conversor PWM utilizando un frame de un STATCOM el cual fue modificado para el propósito del estudio. Con esta modificación, el frame final pudo consistir de un control de planta para la potencia activa (P) (Fig.5-2), un control de planta para la potencia reactiva (Q) (Fig.5-3), un VSG que supervisa el control eléctrico, un AVR, un gobernador, y medidor de PQ y de tensión.

Para representar la funcionalidad de la tecnolog´ıa de almacenamiento de energ´ıa que posee el STATCOM Mejorado, en este caso, el supercondensador, se diseñó e implementó un control de potencia activa en el equipo en PowerFactory. Como se muestra en la Fig.5-2, este control

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Metodolog´ıa Cap´ıtulo 5

tiene una señal de entrada que se basa en la diferencia entre la frecuencia de referencia y una frecuencia de medida, que luego se multiplica por 1/K (ganancia), donde K es 0,05, y finalmente se obtiene una señal de salida de P (potencia activa). De este modo, el STATCOM Mejorado también puede controlar la inyección y la absorción de potencia activa. Es importante aclarar que este control funciona como una fuente de potencia continua constante, por lo que no considera las caracter´ısticas de carga y descarga de un supercondensador.

Figura 5-2: Control de planta de potencia activa (P)

El control de planta de Q se basa en la diferencia del Voltaje de setpoint establecido, en este caso, 1,02 p.u con el de voltaje de medida. Esa diferencia entra a un controlador PI que tiene en cuenta un ymin y un ymax y finalmente se obtiene una se˜nal de Q controlada. Las constantes de este control se observan en la Tabla 5-3.

Figura 5-3: Control de planta de potencia reactiva (Q)

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Tabla 5-1: Constantes para el control de planta de Q Constantes para el control de planta de Q

Constante Valor

Kp 1

Ki 0,05

y min -1

y max 1

Las constantes que se usaron para el VSG son las siguientes:

Kpsi= 0,05 Kp= 0

Kd= 100

H= 10

La Fig.5-4 muestra el modelo del STATCOM Mejorado conectado al Bus 5 en PowerFactory y la Tabla 5-2 muestra sus especificaciones t´ecnicas.

Figura 5-4: STATCOM Mejorado conectado al Bus 5 del sistema de 9 buses de IEEE en PowerFactory

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Tabla 5-2: Especificaciones Técnicas del STATCOM Mejorado Especificaciones Técnicas del STATCOM Mejorado Tensión nominal de CA 0,4 kV

Tensi´on nominal de CC 7 kV

Potencia nominal 70 MVA

Tipo de conversor Two-level converter Setpoint de la tensi´on de CA 1,02 p.u

Modo de control P-Vac

Droop de voltaje CA Q-Droop (2%) Voltaje de Setpoint M´ın. 0,9 p.u

Voltaje de Setpoint Max. 1,1 p.u

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Capitulo 6 An´alisis y Resultados

La Tabla 4-1 muestra los casos que se explicar´an a continuaci´on,

6.1 Evento de Cortocircuito y Apertura de L´ınea

6.1.1 Caso A1

Los resultados obtenidos despu´es de simular el evento de cortocircuito y apertura de l´ınea sin el STATCOM mejorado se muestran en la Fig.6-1 y la Fig.6-2.

La Fig.6-1 muestra la magnitud de la tensi´on en p.u del Bus 5.

Figura 6-1: Caso A1 - magnitud de la tensi´on (p.u) del Bus 5 La Fig.6-2 muestra la frecuencia en HZ del Bus 5.

Figura 6-2: Caso A1 - Frecuencia (Hz) del Bus 5

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Resultados Cap´ıtulo 6

6.1.2 Caso B1

Despu´es de simular el evento de cortocircuito y apertura de l´ınea con el STATCOM mejorado se muestran los siguientes resultados:

En la Fig.6-3 se observa la magnitud de la tensi´on en p.u del Bus 5.

Figura 6-3: Caso A1 - Magnitud de la tensi´on (p.u) del Bus 5

En la Fig.6-4 se observa la frecuencia en Hz del Bus 5.

En la Fig.6-5 se observa la potencia activa (MW) y reactiva (MVAr) del STATCOM Mejorado despu´es de la falla.

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Figura 6-5: Potencia activa (MW) y reactiva (MVAr) del STATCOM Mejorado despu´es de la falla

6.1.3 Resultados y an´alisis

La tabla 6-1 muestra los resultados de los eventos de falla del caso A1 y del caso B1, especificando la potencia activa (MW) y la potencia reactiva (MVAr) del STATCOM Mejorado.

Tabla 6-1: Resultados de los eventos de cortocircuito y apertura de l´ınea

Caso Magnitud delVoltaje (p.u) Frecuencia (Hz) P del STATCOMMejorado (MW) Q del STATCOM Mejorado (MVAr)

Caso A1 0,93 60,29 N/A N/A

Caso B1 1,01 60,00 4,19 50,66

Por un lado, tras simular el caso A1, la Fig.6-1 muestra que cuando la l´ınea se abre a los 2,083 segundos, la tensión cae a 0,43 p.u y luego se estabiliza en 0,93 p.u. Además, la Fig.6-2 muestra que la frecuencia aumenta a 60,69 Hz cuando se produce el cortocircuito y la l´ınea se abre, estabilizándose después en 60,29 Hz. Por otro lado, después de simular el caso B1, como muestra la Fig.6-3, la tensión cae a 0,54 p.u cuando se produce el evento, y luego se estabiliza en 1,01 p.u. Se puede observar que en este caso hay menos oscilaciones mientras se estabiliza.

Conjuntamente, como muestra la Fig.6-4, la frecuencia sube a 60,32 Hz y luego baja a 59,75 Hz hasta estabilizarse en 60 Hz.

Con base a los resultados anteriores, el sistema no puede soportar este tipo de fallas sin el STATCOM Mejorado, ya que nunca se alcanzan los criterios de funcionamiento del sistema.

La tensi´on del bus se estabiliza por debajo de 0,95 p.u, y la frecuencia nunca alcanza su referencia (60 Hz). Como se ha observado, hay una mejora significativa en el comportamiento del sistema con el dispositivo en caso de cortocircuito. La tensi´on del bus se estabiliza en un rango entre 0,95 p.u y 1,05 p.u, cumpliendo los criterios del sistema gracias al control de la potencia reactiva. Asimismo, la frecuencia vuelve a su valor de referencia correspondiente (60

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Hz) gracias al control de la potencia activa que arregla la inestabilidad de la frecuencia. El comportamiento del P y Q del STATCOM Mejorado se muestra en la Fig.6-5.

6.2 Desconexi´on de carga

6.2.1 Caso A2

Los resultados mostrados en la Fig.6-6, Fig.6-7 y la Fig.6-8 se obtuvieron al desconectar la carga “Event Load” del sistema sin STATCOM Mejorado.

En la Fig.6-6 se observa la magnitud de la tensi´on (p.u) del Bus 5.

En la Fig.6-7 se observa la frecuencia (Hz) y desviaci´on de la frecuencia (Hz) del Bus 5.

Figura 6-7: Caso A2 - frecuencia (Hz) y desviaci´on de la frecuencia (Hz) del Bus 5

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En la Fig.6-8 se muestra la potencia activa (MW) de los tres generadores del sistema.

Figura 6-8: Caso A2 - Potencia activa (MW) de los generadores del sistema

6.2.2 Caso B2

Despu´es de desconectar la carga “Event Load” del sistema con STATCOM Mejorado se obtuvieron los siguientes resultados:

La Fig.6-9 muestra la magnitud de la tensi´on en p.u del Bus 5.

Figura 6-9: Caso B2 - magnitud de la tensi´on (p.u) del Bus 5

La Fig.6-10 muestra la frecuencia (Hz) y la desviaci´on de la frecuencia (Hz) del Bus 5.

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Figura 6-10: Caso B2 - frecuencia (Hz) y desviaci´on de la frecuencia (Hz) del Bus 5

La Fig.6-11 muestra la potencia activa (MW) de los tres generadores del sistema.

Figura 6-11: Caso B2 - Potencia activa (MW) de los generadores del sistema

La Fig.6-12 muestra la potencia activa (MW) y reactiva (MVAr) del STATCOM Mejorado despu´es de desconexi´on de carga.

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Figura 6-12: Potencia activa (MW) y reactiva (MVAr) del STATCOM Mejorado despu´es de desconexi´on de carga

6.2.3 Resultados y an´alisis

La Tabla 6-2 muestra la potencia activa de los tres generadores del sistema de nueve nodos y las variables relacionadas a la frecuencia para 3 escenarios: sin desconexi´on de carga, es decir, las condiciones iniciales del sistema, el caso A2 y el caso B2.

Tabla 6-2: Condiciones iniciales y resultados de Caso A2 y Caso B2 Condiciones Iniciales Caso A2 Caso B2

G1 (MW) 71,60 71,62 71,61

G2 (MW) 162,55 151,88 162,55

G3 (MW) 85,00 69,11 85,00

Event Load (MW) 31,50 0 0

Nadir (Hz) 0 60,51 60,06

f• (Hz) 60,00 60,41 60,00

RoCoF (Hz/s) 0 0,22 0,12

La tabla 6-3 muestra la potencia activa en MW del STATCOM mejorado y la potencia reactiva en MVAr tras la desconexi´on de la carga.

Tabla 6-3: Potencia activa y reactiva del STATCOM Mejorado despu´es de la desconexi´on de carga

Caso B2 - P del STATCOM

Mejorado (MW) Caso B2 - Q del STATCOM

Mejorado (MVAr)

-28,94 10,23

Se puede observar que el STATCOM Mejorado sustituye a la carga desconectada, ya que absorbe la potencia activa. Es decir, cuando este dispositivo no est´a conectado al sistema,

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los generadores del sistema tienen que variar sus potencias activas de manera que puedan compensar la carga de 31,5 MW que falta, sin embargo, la frecuencia del sistema nunca se estabiliza a 60 Hz y tiene una desviaci´on de 0,41 con respecto a la referencia mencionada.

En cambio, cuando el STATCOM Mejorado está conectado al Bus 5, los generadores no var´ıan, porque el equipo está absorbiendo la potencia activa que falta por la carga desconectada para compensar la escasez de inercia. Como se puede observar, la frecuencia no fluctúa mucho y s´ı termina en 60 Hz, porque el dispositivo disminuye el nadir de frecuencia y el RoCoF.

Más claramente, el STATCOM mejorado ayuda a la disminución de la pendiente de la desviación de la frecuencia, lo cual implica un menor RoCoF y, por ende, un menor nadir, siendo as´ı causante de que la frecuencia se pueda estabilizar con mayor facilidad al punto de referencia. Finalmente, como se observa en la Tabla 6-3 el equipo está inyectando MVAr de manera simultánea para estabilizar la tensión a 1 p.u.

6.3 Desconexi´on de unidad de generaci´on

6.3.1 Caso A3

Los resultados mostrados en la Fig.6-13, la Fig. 6-14 y la Fig.6-15 se obtuvieron cuando la unidad generadora est´a desconectada del sistema sin el STATCOM mejorado.

En la Fig.6-13 se observa la magnitud de la tensi´on (p.u) del Bus 5.

En la Fig.6-14 se observa la frecuencia (Hz) del Bus 5.

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Por ´ultimo, en la Fig.6-15 se muestra la potencia activa (MW) de los tres generadores del sistema.

Figura 6-15: Caso A3 - Potencia activa (MW) de los generadores del sistema

6.3.2 Caso B3

Los resultados mostrados en la Fig.6-16, Fig.6-16, Fig.6-18 y la Fig.6-19 se obtuvieron cuando la unidad de generaci´on se desconecta del sistema con el STATCOM mejorado.

En la Fig.6-16 se muestra la magnitud de la tensi´on (p.u) del Bus 5.

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Figura 6-16: Caso B3 - magnitud de la tensi´on (p.u) del Bus 5

En la Fig.6-17 se observa la frecuencia en Hz del Bus 5.

Figura 6-17: Caso B3 - Frecuencia(Hz) del Bus 5

En la Fig.6-18 se observa la potencia activa (MW) de los tres generadores del sistema.

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Figura 6-18: Caso B3 - Potencia activa (MW) de los generadores del sistema

Por ´ultimo, en la Fig.6-19 se observa la potencia activa (MW) y reactiva (MVAr) del STATCOM Mejorado.

Figura 6-19: Caso B3 - Potencia activa (MW) y reactiva (MVAr) del STATCOM Mejorado 6.3.3 Resultados y an´alisis

La Tabla 6-4 muestra la potencia activa de los tres generadores del sistema de nueve barras y las variables relacionadas con la frecuencia para 3 escenarios: condiciones iniciales del sistema (sin desconexión de la unidad generadora), caso A3 y caso B3. Es importante mencionar que no hay nadir de frecuencia en el Caso A3 porque el gráfico de frecuencia tiene un comportamiento de primer orden, lo que significa que nunca alcanza un m´ınimo, incluso después de simular con más tiempo.

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Tabla 6-4: Condiciones Iniciales, resultados de Caso A3 y Caso B3 Condiciones Iniciales Caso A3 Caso B3

G1 (MW) 40,10 42,47 40,10

Event Gen (MW) 31,50 0 0

G2 (MW) 162,55 163,26 162,54

G3 (MW) 85,00 109,14 85,00

Nadir (Hz) 0 N/A 59,91

f• (Hz) 60,00 58,76 60,00

RoCoF (Hz/s) 0 |0,28| |0,16|

La Tabla 6-5 muestra la potencia activa (MW) y la potencia reactiva (MVAr) del STATCOM mejorado tras la desconexi´on de la unidad generadora.

Tabla 6-5: Potencia activa y reactiva del STATCOM Mejorado despu´es de desconexi´on de carga Caso B3 - P del STATCOM

Mejorado (MW) Caso B3 - Q del STATCOM

Mejorado (MVAr)

31,67 3,24

Como se puede observar, el STATCOM Mejorado actúa como la unidad generadora desconectada, ya que inyecta potencia activa en el sistema. Cuando el equipo no está conectado, los generadores var´ıan su potencia activa para compensar los MW que faltan debido a la desconexión de la unidad generadora, pero la frecuencia nunca se estabiliza a 60 Hz. En cambio, cuando el STATCOM Mejorado está conectado, los generadores no necesitan variar su P para compensar, porque el equipo está inyectando un poco más de los 31,5 MW que faltan, lo que facilita que la frecuencia del sistema s´ı se estabilice a 60 Hz, porque el dispositivo ayuda con la reducción del RoCoF. Finalmente, como se observa en la Tabla 6-5 el equipo está inyectando MVAr de manera simultánea para estabilizar la tensión a 1 p.u, pues sin equipo conectado, como se observa en la Fig.6-13 este llega a 0,98 p.u.

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Capitulo 7 Conclusiones y trabajos futuros

En conclusión, el STATCOM Mejorado tiene la capacidad de regular tensión por su fuerte compensación de potencia reactiva. El equipo tiene un control de Q que supervisa la inyección o absorción de la potencia reactiva del sistema de potencia, lo que ayuda a que las tensiones de los buses alcancen un valor entre 0,95 p.u y 1,05 p.u incluso después de un evento de fallo, una desconexión de la carga o una desconexión de la unidad generadora.

Además, se puede concluir que el dispositivo tiene una alta contribución a la inercia del sistema debido a los supercondensadores que añaden capacidad de potencia activa para apoyar el sistema de potencia con una respuesta inercial totalmente controlable en cuestión de milisegundos [2]. Esto ayuda a estabilizar la frecuencia en el punto deseado (60 Hz), porque el dispositivo contribuye a la reducción del RoCoF y del nadir de frecuencia en caso de perturbaciones como la desconexión de una carga o de una unidad generadora.

En s´ıntesis, el dispositivo ayuda a la disminución de la pendiente de la desviación de la frecuencia, lo cual implica un menor RoCoF y, por ende, un menor nadir. Por consiguiente, la frecuencia se puede estabilizar con mayor facilidad al punto de referencia. Además, dada su capacidad de regulación de voltaje, la cual logra mediante la inyección/absorción de reactivos, se concluye que el STATCOM Mejorado resuelve tanto la escasez de inercia como la regulación de tensión [2].

Debido a la falta de información pública sobre el dispositivo, no fue posible modelar correctamente los supercondensadores, ya que se han representado con un control de potencia activa que funciona como una fuente de tensión continua constante en lugar de utilizar un supercondensador real con sus caracter´ısticas de carga y descarga. Además, ser´ıa ideal modelar el equipo con parámetros reales, si llegan a ser proporcionados al público. Estas tareas pueden realizarse para futuros trabajos para tener un estudio más realista y detallado.

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