Estatismo y Banda Muerta en Generadores

8/9/2019 Estatismo y Banda Muerta en Generadores

1/80

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICAINSTITUTO DE INVESTIGACIÓN DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y

ELECTRÓNICA

Título:

“PROTOCOLOS PARA LA MEDICIÓN DEL ESTATISMO YBANDA MUERTA EN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA”

Autor:Edgar del Aguila Vela

(Periodo de ejecución: 01-09-2010 al 31-08-2011Resolución: R.R. N°1021-2010-R, del 21-09-2010)


2/80

2“PROTOCOLOS PARA LA MEDICIÓN DEL ESTATISMO Y BANDA MUERTA EN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA” Resolución: R.R. N°1021-2010-R,del 21-09-2010,CALLAO AGOSTO DEL 2011.ING. EDGAR DEL AGUILA VELA

I.-INDICE

I.-INDICE Pag.2

II.-RESUMEN Pag.4

III.-INTRODUCCIÓN Pag.6

IV.-ANTECEDENTES Pag.8

4.1.-MARCO HISTÓRICO Y FILOSÓFICO Pag.8

4.2.-OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN Pag.9

4.2.1.-GENERALES Pag.9

4.2.2.-ESPECÍFICOS Pag.9

4.3.-ALCANCES DE LA INVESTIGACIÓN Pag.9

4.4.-PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Pag.11

4.5.-HIPÓTESIS Pag.13

4.6.-OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES Pag.14

V.-MARCO TEÓRICO Pag.15

5.1.-CONCEPTOS GENERALES (FV) Pag.15

5.1.1.-PROTOCOLOS Pag.15

5.1.2.-ABREVIATURAS Pag.16

5.1.3.-MODELOS Y DISEÑOS Pag.17

5.1.3.1.-GENERADOR SÍNCRONO Pag.17

5.1.3.2.-CONSTITUCIÓN DE UN GRUPO GENERADOR Pag.22

5.1.3.3.-REGULADORES AUTOMÁTICOS Pag.22

5.1.4.-CASUÍSTICAS Pag.25

5.1.4.1.-GENERADOR OPERANDO EN BASE Pag.27

5.1.4.2.-GENERADOR OPERANDO EN MEDIA BASE Pag.27

5.1.4.3.-GENERADOR OPERANDO EN PUNTA Pag.27

5.1.5.-INSTITUCIONES Pag.28

5.1.5.1.-SISTEMA ELÉCTRICO INTERCONECTADO NACIONAL (SEIN) Pag.29

5.1.5.2.-COES Pag.30

5.1.5.3.-OSINERG Pag.32

5.2.-CONCEPTOS ESPECÍFICOS (DV) Pag.33

5.2.1.-CONSTRUCTOS Pag.33

5.2.1.1.-MODELAMIENTO DEL ESTATISMO Y BANDA MUERTA Pag.33A.-DEL ESTATISMO Pag.35

B.-DE LA BANDA MUERTA Pag.37

C.-MODELAMIENTO SIMPLIFICADO Pag.37

5.2.1.2.-TERMINOLOGÍAS Pag.44

5.2.2.-NORMATIVIDAD Pag.47


3/80


5.2.2.1.- ANTECEDENTES Pag.48

5.2.2.2.- CONSECUENTES Pag.49

5.2.3.-CUMPLIMIENTO NORMATIVO Pag.50

5.2.3.1.-ENSAYOS PARA HABILITACIÓN DE UNIDADES GENERADORAS Pag.50

5.2.3.2.-GRID CODE Pag.51

5.2.4.-DE LOS ACUERDOS, PROCEDIMIENTOS Y MÉTODOS (PROTOCOLOS) Pag.515.2.4.1.-CASO TÍPICO DE PROTOCOLO DE PRUEBA DEL ESTATISMO Pag.51

(REGULADORES DE VELOCIDAD)

5.2.5.-SELECTIVIDAD DE REGULADORES AVR-RAF Pag.53

VI.-MATERIALES Y MÉTODOS Pag.54

VII.-RESULTADOS Pag.57

7.1.-DEL PROCEDIMIENTO PARA OBTENER EL ESTATISMO Y BANDA MUERTA Pag.57

EN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA, DURANTE UN EVENTO REAL,

DENTRO DEL SISTEMA ELÉCTRICO INTERCONECTADO NACIONAL (SEIN).

7.2.-DEL PROCEDIMIENTO PARA OBTENER EL ESTATISMO Y BANDA MUERTA Pag.61EN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA, DURANTE UN EVENTO REAL,FUERA DEL SISTEMA ELÉCTRICO INTERCONECTADO NACIONAL (SEIN).

7.3.-ESPECIFICACIÓN DE LOS REGULADORES AUTOMÁTICOS DE TENSIÓN Pag.64(AVR) Y FRECUENCIA (RAF), EN FUNCIÓN DEL ESTATISMO DETERMINADOPARA LA UNIDAD DE GENERACIÓN SÍNCRONA.

VIII.-DISCUSIÓN Pag.66

IX.-REFERENCIALES Pag.68

X.-APÉNDICE Pag.69

XI.-ANEXOS Pag.74ANEXO 1:CASOS TÍPICOS 1 Y 2 DE REPARTICIÓN DE CARGAS ENTRE Pag.75

GENERADORES PUESTOS EN PARALELO.

ANEXO 2:CASOS TÍPICOS 3 Y 4 DE REPARTICIÓN DE CARGAS ENTRE Pag.76

GENERADORES PUESTOS EN PARALELO.

ANEXO 3:FRECUENCIA DE ANÁLISIS DE FECHA 20 DE AGOSTO DEL 2011 Pag.77

ANEXO 4:POTENCIA PRODUCIDA POR EL SEIN el 20-08-2011 Pag.78

ANEXO 5:GENERACIÓN DEL SEIN DE FECHA 20 DE AGOSTO DEL 2011 Pag.79

ANEXO 6:INTERCONEXIÓN TÍPICA DEL AVR Pag.80

http://www.coes.org.pe/test/coes/infoperativa/treal/unifilar_an.aspxhttp://www.coes.org.pe/test/coes/infoperativa/treal/unifilar_an.aspxhttp://www.coes.org.pe/test/coes/infoperativa/treal/unifilar_an.aspxhttp://www.coes.org.pe/test/coes/infoperativa/treal/unifilar_an.aspxhttp://www.coes.org.pe/test/coes/infoperativa/treal/unifilar_an.aspxhttp://www.coes.org.pe/test/coes/infoperativa/treal/unifilar_an.aspxhttp://www.coes.org.pe/test/coes/infoperativa/treal/unifilar_an.aspxhttp://www.coes.org.pe/test/coes/infoperativa/treal/unifilar_an.aspxhttp://www.coes.org.pe/test/coes/infoperativa/treal/unifilar_an.aspxhttp://www.coes.org.pe/test/coes/infoperativa/treal/unifilar_an.aspxhttp://www.coes.org.pe/test/coes/infoperativa/treal/unifilar_an.aspx


4/80


II.-RESUMEN

El presente informe corresponde a los procesos y resultados que han devenido

del proyecto de investigación titulado “PROTOCOLOS PARA LA MEDICIÓN

DEL ESTATISMO Y BANDA MUERTA EN UNIDADES DE GENERACIÓN

SÍNCRONA”. Siendo el objetivo principal Implementar procedimientos para

obtener el ESTATISMO Y BANDA MUERTA EN UNIDADES DE

GENERACIÓN SÍNCRONA, durante un evento real, de respuesta a una

variación de carga (conexión y desconexión de carga), que para su concreción

es necesario desmembrarlo en acciones de tipos como: Implementar

procedimientos para obtener el ESTATISMO Y BANDA MUERTA EN

UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA, durante un evento real, para

unidades dentro y fuera del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN),

para poder especificar los Reguladores Automáticos de Tensión (RAV) y

Frecuencia (RAF), en función del ESTATISMO determinado para la UNIDAD

DE GENERACIÓN SINCRONA, que en términos de operatividad responden a

aportes de potencia BASE, MEDIA BASE Y PUNTA. LOS PROTOCOLOS, son

muy importantes, toda vez que responden a pasos ordenados y coordinados a

seguir, relacionado con LA NORMATIVIDAD del SECTOR.


5/80


II.-SUMMARY

This report covers the processes and results that have become the research project

entitled "PROTOCOL FOR MEASURING THE STATIC AND DEAD BAND IN

SYNCHRONOUS GENERATION UNITS." As the main objective Implement

procedures for static and dead band in SYNCHRONOUS GENERATION UNITS,

during a real event, in response to a variation of charge (connection and disconnection

of load), which is necessary for its realization into action types dismember How to:

Implement procedures for static and dead band in SYNCHRONOUS GENERATION

UNITS, during a real event for units inside and outside the National Interconnected

System (SEIN), to specify the automatic voltage regulator (AVR) and frequency (RAS)

statically determined based on the generation unit for Synchronous operation in terms

of responding to BASIC, AVERAGE BASE and TIP. PROTOCOLS, are very important,

since they respond to orderly and coordinated steps to follow, related industry

standards.


6/80


III.-INTRODUCCIÓN

La presente Investigación titulada “PROTOCOLOS PARA LA MEDICIÓN

DEL ESTATISMO Y BANDA MUERTA EN UNIDADES DE GENERACIÓN

SÍNCRONA”, se da en el ámbito de la técnica experimental aplicada en materia de lasistematización y validación de los protocolos, referidas a LA MEDICIÓN DEL

ESTATISMO Y BANDA MUERTA EN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA,

considerando a la PLANTA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA como el lugar eficiente y

productiva de la estabilidad del Sistema de Potencia, que recae directamente en la

Máquina Rotativa de Comportamiento Síncrono y no en la Máquina de Conducta

Asíncrona. Asimismo es el Ingeniero como futuro operador de estas máquinas el que

debe asociar cada uno de las técnicas de medición como un medio sistematizado.

Aporte Científico y Tecnológico: La validación de los procedimientos que modelan la

obtención del ESTATISMO de la máquina síncrona, para utilizarlos en los estudios de

estabilidad de los sistemas de potencia, es una necesidad intr ínseca como parte del

proceso científico, esta validez depende en gran medida de una adecuada

representación de los elementos reguladores de velocidad y los sistemas de excitación

asociados al ESTATISMO de las unidades de generación. La validación se har á

comparando oscilogramas de pruebas de un evento real con sus simulaciones

respectivas. Lo que Incluye la validación de los modelos de los reguladores, para

proponer un nuevo modelo del regulador y un método para la identificación de sus

par ámetros de especificaciones.

Valor de la Investigación: Urge incorporar en la formación del operador de máquinas

rotativas, los modelos que representan las dinámicas más importantes de dichas

máquinas y sus PROTOCOLOS PARA LA MEDICIÓN DEL ESTATISMO Y BANDA

MUERTA EN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA, lo que implica conocer su

comportamiento general y específica frente a pequeños y grandes disturbios,

validando su utilización en estudios de estabilidad del sistema de potencia, como una

necesidad y deber concreto, por quienes estamos a cargo de dichos sistemas, pues

ello requiere la sistematización de los protocolos, que es en esencia el valor propio dela investigación propuesta.¿Cómo no plantear a los ingenieros de planta, la

sistematización de los protocolos y su aplicación? En los países como el nuestro

donde los recursos energéticos cada vez se reducen, más y más, no es ajeno pensar,

que la capacidad de crecer y producir tecnologías, parte por sistematizar cada una de

las herramientas, en este caso como son los protocolos, para al final aplicarlo como


7/80


tecnología propia. La presente investigación se justifica por su Naturaleza: La

investigación es aplicada y experimental en materia de la sistematización y validación

de los protocolos, referidas a la MEDICIÓN DEL ESTATISMO Y BANDA MUERTA EN

UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA, que se aplica en las PLANTAS de

GENERACIÓN; su naturaleza implica directamente a los operadores pr ácticos, como

son los Ingenieros y Técnicos. Dichos Operadores Pr ácticos son los indicados para

que vinculen la pr áctica con la teor ía, es decir, deben conocer y aplicar los protocolos

de una manera sistematizada. Asimismo, se justifica por su Aporte Tecnológico:

Parte por Sistematizar e implementar los procedimientos para obtener el ESTATISMO

Y BANDA MUERTA EN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA, durante un

evento real, para unidades dentro y fuera del Sistema Interconectado Nacional (SEIN).

La especificación de los Reguladores Automáticos de Tensión (AVR) y Frecuencia

(RAF), en función del ESTATISMO determinado para la UNIDAD DE GENERACIÓN

SÍNCRONA, es un avance tecnológico de aplicaci ón.


8/80


IV.-ANTECEDENTES

4.1.-Marco Histórico y Filosófico

4.1.1.-Historia: El presente estudio relacionado a LA MEDICIÓN DEL

ESTATISMO Y BANDA MUERTA EN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA,se sustenta en los principios que los gobiernan, refrendadas por los conocimientos

que posibilitan el uso de las tecnologías modernas como son: la protección del

medio ambiente y su relación con la estabilidad y el control de los sistemas de

potencia. Las experiencias pr ácticas y sus resultados, obtenidos durante el dictado

de la Cátedra de Máquinas Eléctricas, es una fortaleza que aporta grandemente

para plantear el desarrollo de esta presente investigación, que considero un

antecedente previo al desarrollo del mismo. Cabe resaltar que los acuerdos

tomados en países vecinos y en nuestro país, aportar án en la sistematización de

LOS PROTOCOLOS PARA LA MEDICIÓN DEL ESTATISMO Y BANDA MUERTAEN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA. La información que se detalla, son

soporte de la presente investigación.

Según, BONUS HOLGUER. “Protección de Medio Ambiente”, 1999. Texto fundamental

que evalúa proyectos ambientales en base a modelos.

Según, DEL AGUILA VELA, EDGAR.“Estatismo en Máquinas Eléctricas Síncronas”, 2009.

Dictado de la cátedra de Máquinas Eléctricas, donde se aborda las herramientas

teóricas y pr ácticas del comportamiento de las máquinas síncronas y su relación

con el estatismo.

Según, GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN CONTROL INDUSTRIAL, GICI “Validación de

Los Modelos de los Sistemas de Control de Generación para Estudios de Estabilidad de la

Central Hidroeléctrica de Salvajina”, 2007. Texto fundamental para la validación de

modelos de los sistemas de control de generación de la hidroeléctrica Salvajina,

para utilizarlos en estudios de estabilidad del sistema de potencia.

Según, KUNDUR, P. S. “Power System Stability and control”. United States: Mc Graw Hill,

1994.Texto fundamental que evalúa la estabilidad y control de los sistemas de

potencia.

Según, OSINERG-GART “Costos Eficientes de Inversión, de Operación y Mantenimiento

para la Coordinación de la Operación en Tiempo Real del SEIN”.2005. El presente

informe detalla la coordinación de la operación en tiempo real del Sistema Eléctrico

Interconectado Nacional (en adelante “SEIN”), tomando en cuenta el equipamiento

con que se debe contar y los requerimientos de personal.


9/80


4.2.-Objetivos de la Investigación

Los beneficiarios directos corresponden a los Ingenieros de Planta, y

Operadores de Máquinas quienes realizan tareas relacionadas con la

estabilidad del sistema, a fin de tener una energía limpia de calidad, sin que

ello colapse como producto de las variaciones de carga.

4.2.1.-General

Implementar procedimientos para obtener el ESTATISMO Y BANDA MUERTA

EN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA, durante un evento real, de

respuesta a una variación de carga (conexión y desconexión de carga).

4.2.2.-Específicos

a).-Implementar procedimientos para obtener el ESTATISMO Y BANDA

MUERTA EN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA, durante un evento

real, para unidades fuera del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN).

b).-Implementar procedimientos para obtener el ESTATISMO Y BANDA

MUERTA EN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA, durante un evento

real, para unidades dentro del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN)

c).-Especificar los Reguladores Automáticos de Tensión (AVR) y Frecuencia

(RAF), en función del ESTATISMO determinado para la UNIDAD DE

GENERACIÓN SÍNCRONA.

4.3.-Alcances de la Investigación

La investigación es de tipo aplicada. Su objetivo es implementar

procedimientos para obtener el ESTATISMO Y BANDA MUERTA EN

UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA, durante un evento real, y con ello,

especificar los elementos de control reguladores, que van a capacitar a la


10/80


máquina de una estabilidad de respuesta frente a las variaciones de carga. La

disponibilidad de materiales, equipos e instrumentos, en la FIEE, con respecto

a las máquinas eléctricas, van a ser de gran ayuda para desarrollar y concretar

el presente proyecto de investigación. Para implementar los procedimientos

que permitan obtener el ESTATISMO, se ha visto por conveniente, establecer

previamente con buen criterio, la metodología para cada caso concreto, sea

para unidades fuera del Sistema Interconectado Nacional (SEIN), como

unidades dentro del Sistema Interconectado Nacional (SEIN). A fin de

establecer las ventajas comparativas frente a las variaciones de carga. La

naturaleza de la investigación, implica además, la aplicación operativa del valor

determinado del ESTATISMO, lo que permitir á especificar a cada uno de los

reguladores AUTOM ÁTICOS (AVR, RAF), para su posterior contrastación, con

par ámetros de planta (las especificadas para cada una de las UNIDADES DE

GENERACIÓN, BAJO ESTUDIO). La determinación del ESTATISMO, y la

especificación de sus elementos de control, técnica y metodológicamente es

factible, y debe hacerse con la finalidad no solo de mejorar la productividad

tecnológica, sino sustentarse en la aplicación de criterios para mejorar la

disposición de uso, manejo y control de los recursos con que cuenta el taller o

laboratorio de la Facultad de Ingenier ía Eléctrica y Electr ónica. Los

beneficiarios directos ser án los Ingenieros de planta, que realizan tareas

relacionadas con la estabilidad del sistema, a fin de tener una energía limpia y

de calidad, sin que ello colapse como producto de las variaciones de carga.


11/80


4.4.-Planteamiento del Problema

4.4.1.- Descripción y Análisis del Tema

En un país de gran potencial energ ético, como la nuestra, donde las pol í ticas e

iniciativas para hacer de ella una energ í a de calidad, depende mucho de la

estabilidad del sistema energ ético (eléctrico), ello implica contar con una

política energética bien definida. Un par ámetro importante que define la

estabilidad de un sistema energético como el eléctrico, depende grandemente

del ESTATISMO DE FRECUENCIA y el ESTATISMO DE TENSIÓN, que se

relaciona directamente con la producción de potencia ACTIVA y REACTIVA

respectivamente, es decir, hay que actuar para el control de los mismos, sobre

la máquina rotativa que lo genera, sabiendo que solo puede ser una máquina

síncrona, entonces hay una gobernación y control de dichos par ámetros

(frecuencia y tensión) en el eje de la máquina y en la excitatr íz (circuito de

campo) respectivamente.

En términos de la máquina de generaci ón el éctrica, es el Estatismo el

par ámetro que va a determinar la estabilidad de la máquina y del sistema, en

donde había que diferenciar, que la Máquina de Generación, puede operar en

Centrales de generación como CENTRAL BASE, CENTRAL DE MEDIA BASE

Y CENTRAL DE PUNTA, siendo la DIMENSIÓN DE LA POTENCIA QUE

APORTA LA QUE LA DEFINE. En nuestro país, centrales como MANTARO,

HUINCO, CENTRAL TÉRMICA DE SANTA ROSA, CENTRAL TÉRMICA DEVENTANILLA, etc. Todas ellas operan con un estatismo definido, desde luego

el operador de dichos sistemas desde el punto de vista operacional y funcional,

como INGENIERO, debe contar con herramientas, instrumentos operativos y


12/80


funcionales, para establecer, determinar y controlar, la estabilidad del sistema

energético. Desde el enfoque propuesto en el presente proyecto de

Investigación como un aporte para poder llevar a cabo dicha tarea, se parte por

desarrollar LOS PROTOCOLOS PARA LA MEDICIÓN DEL ESTATISMO Y

BANDA MUERTA EN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA.

4.4.2.- Planteamiento del Problema Enmarcado dentro de la Realidad

El Sistema de Operación en uso de sus facultades legales y reglamentarias, es

la entidad que acuerda aprobar los protocolos de medida del estatismo de las

plantas de generación, lo que implica el procedimiento. Sin embargo, poco

conocido por parte de la gran mayor ía de los ingenieros electricistas, salvo

aquellos que están relacionados con las plantas de generación eléctrica, que

normalmente son pocos, quienes conocen y aplican estos procedimientos, que

son necesarios, y claro que lo son, desde el punto de vista, de la estabilidad

operativa de la máquina y del sistema eléctrico, que como sistema se protege,

por el costo de las mismas, que justifican técnica y económicamente su

inversión. El Ingeniero Electricista, puede contar desde aquí con un instrumento

valioso, para conocer, aplicar y obtener: 1.-Seguridad y estabilidad en el

sistema de generación, transmisión, distribución y utilización. 2.-Calidad

de la energía otorgada a la carga.

4.4.3.- Planteamiento del Problema

Las herramientas que permitir án obtener el ESTATISMO Y BANDA MUERTA

EN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA en los Laboratorios de


13/80


Máquinas de la Facultad de Ingenier ía Eléctrica y Electr ónica, sugiere plantear

las siguientes preguntas:

¿Existe disponibilidad de equipos, instrumentos y materiales en los laboratorios

y talleres de la Facultad de Ingenier ía Eléctrica y Electr ónica, para obtener el

ESTATISMO Y BANDA MUERTA EN UNIDADES DE GENERACIÓN

SÍNCRONA, a fin de poner en marcha los sistemas eléctricos?

¿Se puede obtener el ESTATISMO Y BANDA MUERTA EN UNIDADES DE

GENERACIÓN SÍNCRONA, mediante la aplicación de PROCEDIMIENTOS DE

REGISTROS DURANTE UN EVENTO REAL?

¿Existe alguna Entidad en el País que aplican NORMAS y procedimientos

PROTOCOLARES en este r égimen?

¿En el PERÚ, como se lleva a cabo la determinación del ESTATISMO de las

plantas de generación eléctrica, y que normas aplican sus protocolos?

¿Los laboratorios y talleres de la Facultad de Ingenier ía Eléctrica y Electr ónica,

están capacitadas en disponibilidad de equipos, materiales y herramientas para

realizar procedimientos que permitan obtener el ESTATISMO de una

M ÁQUINA SÍNCRONA?

4.5.-Hipótesis

Formulación de la Hipótesis Principal

La tendencia de formular la Hipótesis General y sus Implicancias, obedece a la

naturaleza que requiere la investigación, para coordinar y aspirar a una posible

patente, si la naturaleza de los resultados lo justifican como creativo, con nivel

inventivo y sea de aplicación industrial.


14/80


Hipótesis Principal:

HP: “El ESTATISMO Y BANDA MUERTA EN UNIDADES DE GENERACIÓN

SÍNCRONA, puede ser obtenido mediante la aplicación de PROCEDIMIENTOS DE

REGISTROS SISTEMATIZADO DURANTE UN EVENTO REAL”

Implicancias: Los procedimientos para obtener el ESTATISMO Y BANDA MUERTA

EN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA, durante un evento real, son aplicables

para unidades fuera del Sistema Interconectado Nacional (SEIN). Los procedimientos

para obtener el ESTATISMO Y BANDA MUERTA EN UNIDADES DE GENERACIÓN

SÍNCRONA, durante un evento real, son aplicables para unidades dentro del Sistema

Interconectado Nacional (SEIN). Los Reguladores Automáticos de Generación (RAG),

para la UNIDAD DE GENERACIÓN SÍNCRONA podr án ser especificados en función

del ESTATISMO Y BANDA MUERTA EN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA,

durante un evento real.

4.6.-Operacionalización de Variables

4.6.1.- Variable Dependiente

Y1: PROTOCOLO PARA OBTENER EL ESTATISMO DURANTE UN EVENTO REAL

Y2: PROTOCOLO PARA OBTENER LA BANDA MUERTA DURANTE UN EVENTO REAL

4.6.2.- Variable Independiente

X: MEDICIÓN DE TENSIÓN Y FRECUENCIA PARA OBTENER ESTATISMO Y BANDAMUERTA EN UNIDADES DE GENERACIÓN SÍNCRONA.

4.6.3.- Variable Interviniente

Z: OPERACIÓN DEL GENERADOR SÍNCRONO COMO: GENERADOR BASE,GENERADOR DE MEDIA BASE Y GENERADOR DE PUNTA.


15/80


V.-MARCO TEÓRICO

El siguiente marco teórico está basado en Conceptos y Constructos,

relacionados con el ESTATISMO Y BANDA MUERTA en UNIDADES DE

GENERACIÓN SÍNCRONA, su normativad y procedimientos, se desarrollan a

continuación.

5.1.- CONCEPTOS Y DEFICIONES GENERALES

A continuación se expresan los conceptos, definiciones y abreviaturas usuales

para comprender el estado de la técnica que implican los tomacorrientes:

5.1.1.-PROTOCOLOS

Conjunto de normas y procedimientos útiles para la medición del estatismo y

banda muerta, conocido por el emisor y el receptor. Adaptada por el autor,

según referencia 15. La norma que se aplica para garantizar la calidad de la

energía, está relacionado intr ínsecamente con el ESTATISMO, por eso cabe

considerar lo que en esencia sostiene. La norma en mención es la Norma

Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos NTCSE (1997-10-11), seg ú n

D.S.Nº 020-97-EM, en su TÍTULO QUINTO: CALIDAD DE PRODUCTO

especifica: que la Calidad de Producto suministrado al Cliente se evalúa por las

transgresiones de las tolerancias en los niveles de tensión, frecuencia y

perturbaciones en los puntos de entrega. El control de la Calidad de Producto

se lleva a cabo en per íodos mensuales, denominados “Per íodos de Control”.

Tolerancias para la frecuencia.- Las tolerancias admitidas para variaciones

sobre la frecuencia nominal, en todo nivel de tensión, son:

· Variaciones Sostenidas Δf ’k (%) : ± 0.6 %.· Variaciones Súbitas VSF’ : ± 1.0 Hz.


16/80


Tolerancias para la tensión.- Las tolerancias admitidas sobre las tensiones

nominales de los puntos de entrega de energía, en todas las Etapas y en todos

los niveles de tensión, es de hasta el ±5.0% de las tensiones nominales de

tales puntos. Tratándose de redes secundarias en servicios calificados como

Urbano-Rurales y/o Rurales, dichas tolerancias son de hasta el ±7.5%. Se

considera que la energía eléctrica es de mala calidad, si la tensión se

encuentra fuera del rango de tolerancias establecidas en este literal, por un

tiempo superior al tres por ciento (3%) del per íodo de medición, según

referencia 6.

5.1.2.-ABREVIATURAS

A continuación mencionamos los Entes de Normalización, Instituciones Civiles

y Organismos de Control referenciales para este Informe:

· Código Nacional de Electricidad (CNE) – Per ú

· Asociación para la Prevención de Accidentes Laborales (APA) – España

· International Electrotechnical Commission (IEC) – Internacional

· Norma Técnica Peruana IEC (NTP IEC) – Per ú

· Gerencia Adjunta de Regulación Tarifaria del Organismo Supervisor de laInversión en Energía (OSINERG-GART) – Per ú

· Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN) – Per ú

· Comité de Operación Económica del Sistema Interconectado NacionalCOES SINAC – Per ú

· Dirección General de Electricidad (DGE) – Per ú


17/80


5.1.3.-MODELOS Y DISEÑOS

El estado de la técnica, en generadores síncronos, están definidas en diseños

y modelos, relacionados con los costos, tan es así, que un par ámetro como la

RELACIÓN DE CORTOCIRCUITO, corresponde a un indicador del coste

económico de los mismos. Cabe destacar que los generadores de pequeñas

potencias, tienen otro tratamiento de disposición de la excitar íz, con respecto a

los generadores de campo de grandes potencias, relacionados con la SG

potencia de generación.

5.1.3.1.-GENERADOR SÍNCRONO

Aquella, máquina donde la velocidad síncrona del estator es igual a la

velocidad del rotor, para lograr ello, se provee de : 1) un motor primo que

entrega en el eje del generador una velocidad mecánica constante, y 2) una

excitación de campo, alimentada por corriente continua, esta fuente es la

responsable de que ello ocurra, permitiendo controlar los par ámetros de

generación (P=f(Hz), Q=f(V)) a través de reguladores RAF(RAS) y RAV(AVR),

sosteniendo una energía de calidad.

Todo generador síncrono está gobernado, por dos ecuaciones eléctricas (para

el circuito de campo y circuito de armadura) y una mecánica, justificada por la

ley de BIOT SAVART.

Veamos :

Condición de GENERADOR :

E > vφ

Γ > 0


18/80


Ecuaciones Eléctricas :

Ecuación de Campo (Corriente Continua)

Vf = If ( Rf + Lf ρ)………………………………..(1)

Ecuación de Armadura (Corriente Alterna)

E=Ia Za + vφ ..……….…………………………(2)

E=Gaf If Wm + Erem…………….……………….(3)

E=E∟Γ …………………………………………(4)

Donde :

Γ : Ángulo de potencia

Vf : Tensión de campo (VDC)

If : Intensidad de corriente de campo (IDC)

Rf :Resistencia del devando de campo(Ω)

Lf : Inductancia del devando de campo(H)

ρ : Operador derivada

E : Tensión rotacional interna del generador (V AC)

Vφ : Tensión de fase externa del generador (V AC)

Za : Impedancia del devanado de armadura (Ω)

Gaf : Inductancia rotacional del campo con respecto a la armadura (H)

Erem : Tensión remanente (V)

Condición de GENERADOR :

TL > Te

Ecuación Mecánica :

TL – Te = JT ρ Wm + DT Wm ………………………(5)

Te= Gaf If Ia …………………………………………(6)


19/80


Donde :

Wm : Velocidad mecánica en el eje del generador (Rpm)

TL : Torque en la carga (N m)

Te : Torque eléctrico (N m)

JT : Momento de inercia total (N/m2)

DT : Coeficiente de rozamiento total (N m / S)

Quedando definida el generador en la siguiente estructura:

Mp : Motor primoRotor : Circuito de campo (Excitatr íz o inductor), opera en Corriente continua.Estator : Circuito de armadura(Inducido), opera en Corriente alterna.

Quedando de manifiesto, que la potencia generada es:

SG(VA) = PG(WATT) +JQG(VAR)

M


20/80


Dicha potencia, es la que ser á posible suministrar a las cargas que las

consumen sean estas discretas como elementos de circuitos, R, L, C o

integradas en una máquina, artefacto, equipo, como impedancias. Como tal

estas cargas que consumen energía, har án que el generador reaccione, según

la naturaleza de los mismos (sean predominantemente resistivos o

predominantemente reactivos).

A.-DISEÑOS:Su aspecto constructivo, está orientado a :

A1.-ROTOR DE POLO LISO Aquellos cuyos devanados son distribuidos.

A2.-ROTOR DE POLO SALIENTE Aquellos cuyos devanados son concentrados.

Fig.2: Aspectos Constructivos.Fuente : Referencia 2


21/80


22/80


B2.-DISPUESTOS PARA LABORATORIO

Equipos Leybold y otros, Dependencia :Laboratorio de MáquinasEléctricas de la FIEE

Generador GMBN TRIF ÁSICO TIPO 732-37· Doble eje· Norma VDE

· Régimen de servicio S1· Grado de protección IP23· Aislamiento IKL: K

· 1500 rpm (50 Hz)

Nota : Existen diseños,donde la aseveración del punto 5.1.3, con respecto a la ubicación de la excitatr íz

está relacionado con la potencia de generación: 1) 10KVA≤SG ≤1500MVA), la excitatr íz (inductor) está

ubicada en el Rotor, 2) SG < 10KVA, la excitatr íz (inductor) está ubicada en el Estator ; Sin embargo, los

modelos analizados tanto de campo como de laboratorio, para nuestro caso,poseen la excitatr íz en el

Rotor, según referencia 2.

5.1.3.2.-CONSTITUCIÓN DE UN GRUPO GENERADOR

Un grupo generador, está constituido por un Mp: Motor primario, un alternador,

una excitatr íz y reguladores automáticos.

Va

Fig.3 : Grupo generadorFuente : Propia del autor

5.1.3.3.-REGULADORES AUTOMÁTICOS

A.-RAV (Regulador Automático de Tensión)

Relacionado con la excitatr íz, desde luego con la potencia reactiva de

generación Q(VAR).

Mp ALTERNADOR EXCITATRIZ

RAF RAV


23/80


Fig.4 : relación V(v) /Carga ReactivaFuente : Propia del autor

B.-RAF (Regulador Automático de Frecuencia)

Relacionado con la velocidad mecánica (Wm) provista por el motor primo,

desde luego con la potencia activa de generación P(WATT).

Fig.5 : Relación f /Carga activaFuente : Propia del autor

REGULACIÓN :

La regulación en un generador se expresa como :

r%=( E(carga) – Vφ(vacío) )/ Vφ(vacío) ………………………(7)

V (v)

Vn

Q(MVAR)

f (Hz)

f n

P(Mw)

Plena cargaVacío

Línea de

Estaticidad

Línea de

Estaticidad

Plena cargaVacío


24/80


Donde :

r% > 0, si la carga de consumo es predominantemente resistivo o inductivo.

r% < 0, si la carga de consumo es predominantemente capacitivo.

CARGAS PREDOMINANTES :

Los efectos de las cargas predominantes, sobre un generador síncronos son:

Predominantemente Resistivo, predominantemente Inductivo y predominantemente

capacitivo (según figura 6, figura 7, figura 8, respectivamente).

Fig.6: Reacción del inducido por efecto de caragas resistivasFuente : Referencia 2

Fig.7: Reacción del inducido por efecto de cargas inductivasFuente : Referencia 2


25/80


Fig.8: Reacción del inducido por efecto de cargas capacitivasFuente : Referencia 2

5.1.4.-CASUÍSTICAS

En términos de la máquina de generaci ón el éctrica, es el estatismo el

par ámetro que determina la estabilidad de la máquina y del sistema, desde

luego, había que diferenciar que la má

quina de generaci ó

n, puede operar en

centrales de generación como CENTRAL BASE, CENTRAL DE MEDIA BASE

Y CENTRAL DE PUNTA, SIENDO LA DIMENSIÓN DE LA POTENCIA QUE

APORTA LA QUE LA DEFINE. En nuestro país, centrales como MANTARO,

HUINCO, CENTRAL TÉRMICA DE SANTA ROSA, CENTRAL TÉRMICA DE

VENTANILLA, etc. Todas ellas operan con un estatismo definido.

Considerando las estructuras de costes de tecnología, éstas se pueden

clasificar en: Tecnologías de base, tecnologías intermedias y tecnologías de

punta.


26/80


Considerando que hubiera únicamente una tecnología correspondiente a cada

una de las tres categor ías anteriores, el coste total de 1 MW de potencia

instalada en función del número de horas de funcionamiento al año de cada

una de ellas se podr ía representar según figura 6.

Fig.9: Coste total en función del número de horas de funcionamiento al añoFuente : Referencia 14

Nota: el coste variable de una tecnología (CVi) viene dado por la pendiente desu curva de coste total.

A la vista de estas curvas, resulta evidente que cada tecnología es óptima

(mínimo coste total) para un determinado número de horas de funcionamiento

esperado al año:

Fig.10 : Tecnologías óptimas en función de las horas de funcionamiento al año Fuente : Referencia 14


27/80


5.1.4.1.-GENERADOR OPERANDO EN central BASE

Tecnolog í as de base (nucleares, algunas de las centrales de carbón y ciclos

combinados existentes), con costes fijos relativamente elevados y variables

relativamente bajos.

5.1.4.2.-GENERADOR OPERANDO EN central de MEDIA BASE

Tecnolog í as intermedias (algunas centrales de carbón y ciclos combinados existentes,

centrales hidr áulicas regulables), con costes fijos y variables intermedios respecto a

los de las centrales de base y punta.

5.1.4.3.-GENERADOR OPERANDO EN central de PUNTA

Tecnolog í as de punta (centrales de fuelóleo, turbinas de gas), con costes fijos

bajos y variables altos.

Nota:

Se observa que para satisfacer la demanda de forma óptima (al mínimo coste)

es necesario que en determinados instantes haya más de una tecnolog í a

generando electricidad. Es necesario considerar que:

En los momentos en los que la demanda var ía de forma brusca

(incrementándose o reduciéndose), no todas las tecnologías son capaces de

variar su producción con la necesaria rapidez. Recordar que, al no ser la

electricidad almacenable, la producción debe igualar a la demanda en todo

momento, según referencia 14.


28/80


Fig.11: Cobertura de la curva monótona de demanda a mínimo coste y potenciainstalada óptima de cada tipo de tecnología Fuente : Referencia 14

5.1.5.-INSTITUCIONES

La estructura energética del País, desde el marco institucional se desarrolla a través del

MEM, SEIN, COES, OSINERG, INDECOPI y CLIENTE.

.

Fig.12:Sector Eléctrico en el Per ú.Fuente : COES-César Butr ón.


29/80


5.1.5.1.-SISTEMA ELÉCTRICO INTERCONECTADO NACIONAL SEIN

Fig.13:SEINFuente: COES

OBSERVACIÓN :

Ciertos paises vecinos al sur del PERÚ, históricamente operan su sistema

eléctrico a una frecuencia de 50 Hz, y los paises al norte del PERÚ, operan a

60 Hz.


30/80


Consulta al COES :

Realizada el 18-08-2011, horas 8 :30pm, referido a la GENERACIÓN de Fecha:

13-08-2011, dicha información es valiosa, para especificar los aportes

energéticos de las centrales de generación, que conforman el SEIN. Se

desprende que en el País, con la llegada del GAS de CAMISEA, se está explotando

arraigadamente la generación TÉRMICA, sin embargo, asociando al problema de

estudio traido por el ESTATISMO de estas máquinas (generadores síncronos), y de la

BANDA MUERTA, en el proceso de regulación (reguladores automáticos); hay

generadores síncronos de centrales térmicas que están operando para entregar

potencia base.Desde luego existen también las que están operando en media base y

punta.

Fig.14: Estadística de Generación Eléctrica en el Per ú, fecha 18-08-2011 Fuente : Sistema de información del COES (SICOES)

5.1.5.2.-COES

El COES es una entidad privada, sin fines de lucro y con personer ía de

Derecho Público. Está conformado por todos los Agentes del SEIN

(Generadores, Transmisores, Distribuidores y Usuarios Libres) y sus decisiones


31/80


son de cumplimiento obligatorio por los Agentes. Su finalidad es coordinar la

operación de corto, mediano y largo plazo del SEIN al mínimo costo,

preservando la seguridad del sistema, el mejor aprovechamiento de los

recursos energéticos, así como planificar el desarrollo de la transmisión del

SEIN y administrar el Mercado de Corto Plazo

Papel: Emitir procedimientos para:

a).- Establecer los criterios técnicos y económicos, y la metodología para la

Programación de la Operación de Corto Plazo

de las unidades de generación

del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN), que garantice la

operación segura y económica del sistema, considerando la gestión eficiente

de las mismas para el mejor aprovechamiento de los recursos energéticos y el

cumplimiento de la Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos.

b).- Determinar la metodología para efectuar la Programación de la Operación

Diaria del SINAC, minimizando los costos de operación y racionamiento para el

conjunto de instalaciones de los integrantes del Sistema, preservando la

seguridad y calidad de servicio del SINAC.

c).- Determinar el procedimiento a seguir para la programación de la operación

de unidades de generación en prueba, nuevas o luego de un trabajo de

mantenimiento; determinar las previsiones a considerar en caso de falla de

estas unidades, el reconocimiento de la energía inyectada al sistema y las

compensaciones que se puedan dar a otros generadores.

El ensayo de potencia efectiva se considera una prueba, la cual es requerida

por los procedimientos del COES.


32/80


Entre otros, cuenta con el Comité Técnico de Análisis de Fallas (CTAF) es un

grupo asesor de la Dirección Ejecutiva del COES, conformado por el personal que

éste designe y por los representantes designados por los Integrantes para este

Comité. El objetivo del CTAF es establecer el proceso para el análisis de los

Eventos que ocasionan transgresiones a los indicadores de calidad del producto

y/o suministro de acuerdo a la Norma Técnica de Calidad de los Servicios

Eléctricos (NTCSE), a fin de identificar el origen y/o causa del Evento y

recomendar las medidas correctivas pertinentes a las empresas del SEIN,

propietarias de los equipos involucrados. Los integrantes del Comité de Análisis de

Fallas son todos los agentes del SEIN.

5.1.5.3.-OSINERGMIN

Papel: La misión del OSINERGMIN es regular, supervisar y fiscalizar, en el ámbito

nacional, el cumplimiento de las disposiciones legales y técnicas relacionadas con

las actividades de los subsectores de electricidad, hidrocarburos y miner ía, así

como el cumplimiento de las normas legales y técnicas referidas a la

conservación y protección del medio ambiente en el desarrollo de dichas

actividades. En el sector eléctrico, le corresponde: realizar 1)Supervisión Regular

como aquella que se realiza a instalaciones ó unidades que se encuentran

autorizadas a operar y a concesionarias para determinar si conservan las

caracter ísticas que les permiten una operación de acuerdo a lo dispuesto por la

normatividad vigente del sub sector electricidad.2)Supervisión Especial es aquella

que se realiza con fines específicos o circunstanciales, determinados a comprobar

si ciertas caracter ísticas de la operación, instalación, equipamiento ocomercialización de la energía eléctrica tienen las condiciones requeridas por las

normas o a supervisar que las acciones efectuadas se han realizado

correctamente.


33/80


5.2.-CONCEPTOS ESPECÍFICOS

Los conceptos que se han construido en el ámbito de la estabilidad de la

máquina generadora de energía eléctrica, responde al argot del ESTATISMO y

BANDA MUERTA,sus acuerdos, sus método y procedimientos forman parte de

una estructura finamente desarrollada como tecnología.

5.2.1.-CONSTRUCTOS

Anderson y Gerbing, (1988); Bagozzi, (1981), establecen que los

investigadores son conscientes de la importancia de la validez del constructo

como condición necesaria para el desarrollo de la teor ía, argumento que

justifica la distinción entre el modelo de medida, como paso previo de cualquier

análisis, y el modelo estructural (Jarvis, Mackenzie y Podsakoff, 2003). En este

sentido, en un modelo teórico se identifican constructos (variable latentes o no

observables), que por su naturaleza no pueden ser observados empíricamente,

y variables observables (indicadores, medidas o variables manifiestas), que

pueden ser definidas a través de una medida y que son diseñadas para

capturar el dominio de contenido de un constructo, según referencia 3.

5.2.1.1.-MODELAMIENTO DEL ESTATISMO Y BANDA MUERTA

El modelamiento del “Estatismo y la Banda Muerta”, en un sistema de

generación eléctrica, puede analizarse aisladamente o en grupo, pudiendo

darse dentro y fuera de un sistema interconectado, para ello es oportuno

conocer el ESTADO SITUACIONAL siguiente:

Estado situacional:

A: Estado situacional del establecimiento del estatismo:

B: Estado situacional de operatividad

C: Estado situacional de configuración


34/80


El establecimiento de los par ámetros S% y BM, en los reguladores automáticoscoordina con:

¿El tipo de central donde opera el generador?(C.T, C.H).¿La repartición de carga? flujo de potencia, estabilidad.

¿La geometr ía del generador? (polos lisos, polos salientes).¿La potencia suministrada en demanda horararia? (Potencia punta, potenciaintermedia, potencia base).

La medición de los par ámetros S%(R, E) y BM, responde a acuerdos-métodos-procedimientos, para habiltar una unidad de generación y brindarenergía de calidad.

Fig.15: Estado situacional para el modelamiento del “Estatismo y Banda muerta” Fuente : Propia del autor

Fig.16: Configuración paralelo de generadores y repartición de cargaFuente : Propia del autor

Fig.17: Configuración independiente del generadores y no repartición de cargaFuente : Propia del autor

A

EL ESTATISMO “S%” y BANDA

MUERTA “BM”, SE ESTABLECE

EN LOS REGULADORES

AUTOMÁTICOS RAF y RAV.

B

AMBITOS DE

OPERATIVIDAD :

1.-DENTRO DEL SEIN2.-FUERA DEL SEIN

C

EN:

1) SE CONFIGURA EN PARALELO CON OTROS

GENERADORES (existe reparticón de carga)

2) SE CONFIGURA INDEPENDIENTEMENTE (No

existe repartición de carga) O EN PARALELO CON

OTROS GENERADORES (Existe repartición de carga)

G

G

L

O

A

D

SG1 SGn SG1

SGT = SG1 + SGn

S1 f % ,S1v% BM1

Sn f % ,Snv% BMn

G

L

O

A

D

SG1 SG1

SGT = SG1

S1 f % ,S1v% BM1


35/80


REPARTICIÓN DE CARGA ACTIVA

La repartición de carga activa, ocurre entre generadores que están en paralelo,

desde luego, esto ya es un problema cuando se trata de repartir en forma

estable entre dos alternadores la demanda que existe. La velocidad de las

máquinas desciende desde vacío a plena carga, aquí la pendiente que lo

caracteriza constituye el “estatismo” del regulador.

Casos típicos de de repartición de carga:

Caso 1: Repartición de la carga entre dos alternadores con igual frecuencia en

vacío e igual estatismo (ANEXO 1).

Caso 2: Repartición de la carga entre dos alternadores con distinta frecuencia

en vacío e igual estatismo (ANEXO 1).

Caso 3: Repartición de la carga AB entre dos alternadores de igual potencia P,

estatismos diferentes e igual frecuencia en vacío (ANEXO 2).

Caso 4: Repartición de la carga AB entre dos alternadores de igual potencia P,

estatismos diferentes y diferentes frecuencias en vacío (ANEXO 2).

A.-DEL ESTATISMO

Se define ESTATISMO: como la pendiente de recta de estabilidad de un

generador síncrono, se aplica como método de solución “la semejanza de

triángulos” con lo cual puede ser determinado cuantitativamente. Cualitativamente

ESTATISMO, es la respuesta operativa del generador que surge como efecto de

variación de carga (conecta o desconecta) en los bornes del generador, que puede

ser medido entre una condición de plena carga y vacío). Normalmente en bucle

abierto (sin dispostivos de regulación) ocurre, que a más carga conectada los


36/80


par ámetros de generación (f(Hz), V(v)) tienden a caer, por el contrario, al

desconectar (liberar) carga, los par ámetros de generación tienden a aumentar; si

no queremos que nuestro generador colapse, y que nuestras cargas que se

alimentan de ella, no se aver íen, se requiere de elementos de regulación

RAF(RAS) y RAV(AVR), que realimenten y controlen estas variaciones, para

sostener los par ámetros de generación en valores de calidad. El estatismo, puede

ser determinado válidamente considerando la dependencia que existe en la

generación de la potencia

SG =PG + JQG , esto es:

PG = f [f(Hz)] y QG = f[V(v)]

i) PG = f [f(Hz)]Sf = [f 0 – f p]/ [(f 0 + f p)/2]……………………………….(8)

ii) QG = f[V(v)]Sv = [V0 – Vp]/ [(V0 + Vp)/2]……………………………(9)

Donde:Sf : Estatismo de frecuencia f 0 : frecuencia en vacío f p : frecuencia en plena carga Sv: Estatismo de tensión V0 : Tensiónen vacío Vp : Tensión en plena carga

OBSERVACIÓN:El estatismo de un generador síncrono, puede ser determinado como Sf = Sv ………………(10)

Fig.15: Estatismo de frecuencia y estatismo de tensión.Fuente : Propia del autor

V (v), f(Hz)

Vn , f

n

Q(MVAR), P(MW)

Plena cargaVacío

Línea de

Estaticidad

V0 , f 0

Vp , f p


37/80


38/80


Donde:

RPF : Regulación primaria de frecuencia

F : Frecuencia real del sistema

P : Potencia generada a la frecuencia F

FREF : Frecuencia de referencia del sistema

PREF : Potencia generada a la frecuencia FREF

TRATE : Potencia Nominal de la Turbina

R : Estatismo

TEST : Tiempo de establecimiento

BM : Banda muerta

TSOST : Tiempo de sostenimiento

Según, A. M. Capalbo - D. A. Alegrechi, referencia 1, especifican que si bien

el modelo detallado cambia en cada generador y en general ser á mucho más

complejo que el expuesto anteriormente es posible utilizar las definiciones

previas para modelar la respuesta a lazo cerrado de un sistema de regulación

de frecuencia en forma simplificada como sigue:

Fig.16: Modelo simplificadoFuente : Referencia 1


39/80


40/80


producción de potencia. De manera tal que la calidad energética, del SEIN, en

nuestro páis, es medible desde el punto de vista operacional, considerando los

par ámetros de estudio, y corresponde a los indicadores: Estatismo, Tiempo de

establecimiento, Banda muerta y tiempo de sostenimiento. Para ello, los países a

través de los organismos relacionados con el sistema eléctrico, establecenacuerdos (protocolos), métodos y procedimientos, para asegurar que elo sistema

eléctrico, no colapse.

INDICADORES:

ESTATISMO:

R =−ΔF pu /ΔP pu×100

Siendo:

ΔF

pu

=(F REF −

F)/F REF

yΔ

Ppu

=(P REF −

P)/TRATE

BANDA MUERTA:

Según, Edgar del Aguila Vela, banda muerta es el ancho de banda determinada

por una frecuencia superior FS y una frecuencia inferior FI, tomada en una

ocurrencia donde la potencia P del sistema se mantiene casi constante, es decir

casi no cambia ( variaciones despreciables).

BM=FS - FI

Fig.17: Banda MuertaFuente : Propia del autor

P

t

t

F

Pconstante

FS

FI

t1 t2 t0


41/80


NOTA : Caso análogo, se hace el modelamiento, para el estatismo de tensión.Valeremarcar, que la regulación, no solamente se da en el ámbito de control primario, sinoademás, existe el ámbito de control secundario y el ámbito de control terciario, todos ellosorganizados dentro de un marco regulatorio.

Según, Pablo Ledesma, pagina 5, referencia 10, remarca que :

1).- El control primario es el más r ápido, operando en un margen de tiempo de

entre 2 y 20 segundos. Actúa de forma local en cada generador síncrono,

atendiendo a la velocidad de giro del eje. La rapidez de este control está limitada

por la propia inercia de los generadores.

2).- El control secundario opera en un margen de tiempo de entre 20 segundos y

2 minutos. Actúa en el ámbito del área de control, atendiendo a la frecuencia y al

intercambio de potencia con las áreas vecinas.

3).- El control terciario opera en un margen de tiempo superior a 10 minutos.

Actúa en el ámbito de un sistema eléctrico extenso, buscando un reparto de cargas

optimizado que asegure suficientes reservas de energía.

OBSERVACIÓN:

DONDE Y COMO OPERA EL CONTROL AUTOMÁTICO DE GENERACIÓN(AGC) EN EL PERÚ

Las cargas del sistema eléctrico de potencia son sensibles a la frecuencia y

a las desviaciones de frecuencia del sistema. Cuando una unidad generadora se

desconecta del sistema o se agrega carga adicional al mismo, el desequilibrio de

potencia es compensado por una extracción forzada de la energía cinética

almacenada por la inercia del sistema (grandes masas rotantes) pero este hecho

origina una caída de la frecuencia del sistema. Como la frecuencia decrece, la

potencia consumida por las cargas también disminuye. En estas condiciones elequilibrio para el sistema puede ser obtenido con una reducción sensible de la

frecuencia que permite el balance de la carga respecto a la potencia

desconectada. Este efecto podr ía detener el descenso de la frecuencia en menos

de un par de segundos. Sin embargo, si el desequilibrio causa que la frecuencia se

desvíe más allá de la banda muerta del regulador de velocidad de las unidades


42/80


generadoras, su potencia de salida tender á a ser incrementada por la acción del

regulador. Para tales desequilibrios, el balance es obtenido cuando la reducción de

la potencia consumida por las cargas más la generación aumentada debido a la

acción del regulador de velocidad compensa este desbalance. Tal equilibrio es

usualmente obtenido en el rango de una docena de segundos de acontecido elincidente.Asimismo, el estatismo del regulador es el cambio de porcentaje en la

frecuencia que causar ía a la unidad de generación variar al 100 % de su

capacidad.

La velocidad típica del estatismo para los reguladores está en el rango

de aproximadamente 4%. Con este nivel de sensibilidad de frecuencia y a

expensas de alguna desviación de frecuencia, el ajuste de generación hecho por

los reguladores provee una oportunidad amplia para seguir con el control manual

de unidades. Este ajuste automático de generación por la acción libre del

gobernador es conocido como la regulación primaria de frecuencia.Los objetivos

del seguimiento del control, especialmente bajo los cambios normales de carga,

son para devolver la frecuencia al valor programado,minimizar costo de

producción, y operar el sistema con un nivel adecuado de seguridad.

La función de control automático de generación AGC (también conocida

como la regulación secundaria de frecuencia) es un sistema de control de circuito

cerrado que reemplaza parcialmente al control manual mencionado anteriormente.

Esta forma de control de generación ha llegado a ser esencial en la operación y el

control en tiempo real de sistemas interconectados de potencia y opera en

ambientes de control de sistemas de potencia ampliamente variados,

extendiéndose desde autónomos hasta sistemas fuertemente interconectados con

jerarquía de nivel múltiple de control.

El programa de Control Automático de Generación (AGC) clásico ajusta la

salida de potencia de los generadores para controlar la frecuencia del sistema, losintercambios de energía, y los errores acumulados de tiempo. Tradicionalmente el

AGC está basado en el control de desviación de área, donde cada área tiende a

reducir el error de control de área a cero.


43/80


En el nivel más alto, la frecuencia del área del sistema y el intercambio neto

del sistema se monitorean. Las señales adicionales pueden emplearse para

propósitos de control que complementan la información de estado del sistema. El

control, es decir la señal de AGC que se envía a todas las unidades, se modifica

en forma sencilla sea por los factores de participación o distribución y en una formamás avanzada por el programa de despacho económico. Desde el punto de

confiabilidad, este sistema de control por niveles posee caracter ísticas favorables,

es decir, si falla un nivel de control el sistema estar á todavía operativo, según

referencia 12.

COMO OPERA LA REGULACIÓN PRIMARIA:

La regulacion primaria de frecuencia es realizada por el gobernador en cada

unidad generadora por si solo, esto quiere decir que su reaccion no depende de

intervención humana ni del centro de despacho, el gobernador debe contar con un

dispositivo de sensado de la frecuencia del sistema, un cerebro que tome el mando

a seguir y un mecanismo que actue sobre la admision de la turbina. Con el fin de

permitir la operacion en paralelo de generadores la caracteristica que gobierna la

relacion frecuencia-potencia de salida de cada maquina tiene una pendiente

negativa (accion reversa), o sea un aumento en la carga produce un decremento

en la velocidad o frecuencia y se llama caracteristica de estatismo.

Los gobernadores cuentan con ajustes de estatismo o caida de velocidad

que ajustan la rigidez o flexibilidad que va a tener esa unidad para cooperar ante

un evento en el sistema, de manera que cada unidad aporte potencia activa. Al

haber variado la frecuencia debido a la perdida de generacion, se da una reacción

de regulacion primaria de los gobernadores como resultado del cambio en la

velocidad angular dependiendo del ajuste de estatismo permanente o caida de

velocidad de cada gobernador cuya respuesta final logra la recuperacion de parte

de la frecuencia al estabilizarse, no obstante queda un error de estado estable portratarse de un control proporcional y cuyo valor es proporcional al ajuste de

estatismo global del sistema. Aunque algunos gobernadores tienen una respuesta

mas rapida siempre se tendra un error de estado estable proporcional al estatismo

de ajuste, lograndose un equilibrio entre Pe y Pm en una frecuencia diferente de la

nominal, según referencia 11.


44/80


Fig.18: Gr áfico de tendencia de la regulacion de frecuencia en un sistema de potencia.Fuente : Referencia 11.

5.2.1.2.-TERMINOLOGÍAS

Glosario y Definición de Términos Básicos Utilizados:

Variaciones de Frecuencia en la Red: La frecuencia de la red en PERÚ es de

60 ciclos. En condiciones normales de operación esta frecuencia es estable y

no presenta variaciones importantes, aproximadamente de 0.1-0.2 Hz durante

variaciones normales de carga. Para que la frecuencia de la red permanezca

estable, se requiere un equilibrio entre la potencia eléctrica generada y la

consumida. Cuando se producen grandes desconexiones de cargas o

generadores, las variaciones en la frecuencia son mayores, por ejemplo

1.0 – 2.0 Hz o más, dependiendo de la gravedad del evento.

Regulación Primaria: Servicio en línea que corresponde a la variación

automática, mediante el gobernador de velocidad, de la potencia entregada por


45/80


la unidad de generación como respuesta a cambios de frecuencia en el

sistema. Los tiempos caracter ísticos de respuesta están entre 0 y 10 segundos.

La variación de carga del generador debe ser sostenible al menos durante los

siguientes 30 segundos.

Regulación Secundaria: Redespacho que puede ser automático o manual.

Cuando es automático, de manera remota se interviene el regulador de

velocidad para incrementar o reducir la potencia de los generadores. De

manera manual, se envía un re despacho para modificar la potencia a generar.

Estas acciones que no son inmediatas al evento transitorio y que cambian los

ajustes de potencia generada se denomina Regulación Secundaria.

Banda Muerta de Operación: Rango de frecuencia, dentro del cual las

unidades de generación no var ían automáticamente su potencia. Es un valor de

frecuencia donde no se hace corrección de la potencia generada, es decir, las

variaciones de potencia en ese rango no activan la regulación primaria de los

generadores.

Estatismo: Caracter ística técnica de una planta y/o unidad de generación, que

determina la variación porcentual de la frecuencia y de la tensión por cada

unidad de variación porcentual de la carga. El estatismo es la relación entre la

variación de frecuencia o tensión con la potencia corregida en la unidad de

generación. Entre mayor sea la desviación de frecuencia o tensión, mayor debeser la potencia corregida en la unidad de generación.


46/80


Estatismo permanente: Se define como la variación de velocidad entre una

condición de plena carga y vacío, para el mismo ajuste del regulador de carga.

Si existe una relación lineal entre las variaciones de frecuencia y la potencia,

resultar á este estatismo igual al efectivo en la banda de regulación.

Estatismo transitorio: Se define como la variación de velocidad entre una

condición de plena carga y vacío al momento de cambiar el ajuste del regulador

de carga.

Regulación de frecuencia: Acciones necesarias para mantener la frecuencia

dentro de las tolerancias permisibles definidas para el sistema. El OC establece

los par ámetros de regulación y las empresas generadoras son responsables a

través de sus CC, de efectuar la regulación de la misma, siguiendo las

disposiciones del OC. El control de frecuencia en un primer nivel es realizado

por todas las centrales de generación de acuerdo a su estatismo, y en un

segundo nivel, por las centrales de regulación.

Regulación primaria de frecuencia (RPF): Es la regulación r ápida de

frecuencia, con un tiempo de respuesta inferior a 30 segundos, destinada a

equilibrar instantáneamente la generación con la demanda, con el mínimo de

desviación en la frecuencia. Esta regulación se realiza a través de equipos

instalados en las máquinas que permiten modificar en forma automática su

producción.

Regulación secundaria de frecuencia (RSF): Es la acción manual o

automática sobre los variadores de carga de una o más máquinas, que

compensa la desviación final de la frecuencia resultante de la RPF. Su función


47/80


principal es responder frente a las desviaciones de demanda de modo de

mantener el equilibrio generación – demanda en todo momento. En primera

instancia las variaciones de demanda ser án absorbidas por las máquinas que

participan en la RPF. La RSF permite llevar nuevamente dichas máquinas a los

valores asignados en el despacho, anulando las desviaciones de frecuencia.

Su tiempo de respuesta es de varios minutos, tiempo necesario para que se

reasignen de manera óptima los recursos de generación para satisfacer la

demanda.

5.2.2.- NORMATIVIDAD

Históricamente existen dos bloques bien marcados en cuanto a la forma de

obtener el estatismo, que en la actualidad se reflejan. Dichos bloques

corresponden al :

1.-Bloque de la cultura occidental considera D2.-Bloque de la cultura soviética , considera 1/D

Donde:

D: Coeficiente de amortiguamiento de la carga

El coeficiente de amortiguamiento de la carga de un sistema eléctrico, es

imprescindible para el control de la frecuencia, permitiendo conocer para una

determinada variación de la frecuencia a partir de 60 Hz cual debe ser la

variación de la generación, para restablecer la frecuencia de nuevo a su valor

nominal (aquí actúan los reguladores o gobernadores), según referencia 9. En

cuanto, son válidos cualquiera de las dos apreciaciones, el PERÚ, forma parte

del bloque occidental. Cada país, de acuerdo al sistema eléctrico que posee,

incorpora las normativas correspondientes a fin de no colapsarlo.Las Normas

Técnicas establecen los niveles de calidad y seguridad, los procedimientos y

métodos los que lo posibilitan.


48/80


5.2.2.1.- ANTECEDENTES :

1.-Segun la norma IEEE 421: Los sistemas de excitacion deberan proporcionar

en forma continua una corriente de excitacion en el campo principal de al

menos el 20% sobre la corriente de excitacion actual con carga máxima del

generador, factor de potencia nominal y sobrevoltaje dentro el rango de

frecuencia 59 a 61 Hz.

2.-La COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD DE MEXICO. Para el caso de

los gobernadores se utilizan las normas IEC 308, ASME PTC-29 y la IEEE 125.

Con esto se pretende normalizar las pruebas de desempeno dinamico,

evaluando el comportamiento de los equipos de regulación ante diversas

situaciones que se pueden presentar en el sistema electrico, asi como sus

componentes para determinar y optimizar las condiciones de operacion y

desempeno de los sistemas de control de excitacion y gobernadores de

manera que su respuesta dinamica sea satisfactoria en cuanto a la estabilidad

y a los intereses primeramente del sistema electrico interconectado SEN y de

cada planta en particular, ya sea esta hidroelectrica, termoeléctrica,

geotermica, etc. Con este fin se presentaran definiciones relacionadas, se

enuncian los documentos normativos internacionales aplicables,

recomendaciones de equipo de prueba. Ser á necesario contar ademas con la

informacion de caracteristicas fisicas, curvas diagramas y par ámetros tanto de

los generadores como del regulador de voltaje AVR y del estabilizador de

potencia PSS, asi como de los gobernadores.


49/80


5.2.2.2.- CONSECUENTES :

Los estándares para el ESTATISMO Y BANDA MUERTA, responden a la

naturaleza del sistema, a continuación se muestran valores típicos asociados

con estos par ámetros :

a).-Según Referencia 1:

Se especifican los requerimientos para este tipo de unidades.

R : entre 4% y 7%.TEST : menor 30 segundos para maquinas termicas y 60 segundos para las hidraulicas.BM : menor +/- 0.05%.TSOST: mayor 2 minutos.

b).-Según Referencia 9:

En la bibliograf ía internacional se dan valores típicos de estatismo de la carga y

se dice que deben estar entre 1 y 2%, por lo que habr ía que determinar con la

mayor precisión posible los valores reales del estatismo de la carga en

diferentes tiempos(horarios y meses del año).

c).-Según Referencia 12:

La velocidad típica del estatismo para los reguladores está en el rango de

aproximadamente 4%. Con este nivel de sensibilidad de frecuencia y a

expensas de alguna desviación de frecuencia, el ajuste de generación hecho

por los reguladores provee una oportunidad amplia para seguir con el control

manual de unidades. Este ajuste automático de generación por la acción libre

del gobernador es conocido como la regulación primaria de frecuencia.


50/80


5.2.3.-CUMPLIMIENTO NORMATIVO

5.2.3.1.-ENSAYOS PARA HABILITACIÓN DE UNIDADES GENERADORAS

Se hace la diferenciación entre Estatismo Global y Estatismo Permanente, el

requerimiento de estatismo del lazo de control potencia-frecuencia

comprendido entre 4 al 10%, se refiere al estatismo efectivo en la banda de

regulación y no al global. Asimismo, para la habilitación de una unidad

generadora, se requiere ademas una banda muerta menor que el 0.1%

(+/- 25 mHz).

Mediante mediciones en campo, se requiere verificar el desempeño delcontrolador de velocidad de la unidad generadora frente a pequeñasperturbaciones en la consigna de velocidad o potencia.

Para la habilitación de cada unidad generadora, se requiere como mínimo:

a) Medir el “estatismo permanente” del lazo automático de control de velocidad.

b) Medir la máxima “Banda muerta” del controlador de velocidad.

c) Medir el Tiempo de establecimiento del lazo de Control de frecuencia frente

a un pequeño escalón en la consigna de frecuencia o potencia.

d) Evaluar el amortiguamiento del lazo de control de velocidad en todos losmodos posibles de operación.

e) Mostrar la capacidad de tomar o reducir carga, en forma automática, poracción del Controlador de Velocidad de su máquina motriz ante una variaciónde frecuencia en el SEIN.

f) Para el caso de unidades generadoras impulsadas por turbinas de gas:

Evaluar la respuesta del sistema de control velocidad-potencia de la máquinamotriz y del lazo de control de temperatura, frente a una señal en la consigna de frecuencia que simule un importante y abrupto descenso de la frecuencia .

g) Identificar y registrar las magnitudes y par ámetros principales que permiten“homologar ” el modelo del Controlador de velocidad.

Estos ensayos deber án realizarse en la oportunidad que se autorice, previasolicitud y coordinación que corresponda.


51/80


5.2.3.2.-GRID CODE

Cuando las variaciones de frecuencia son pequeñas, todos los generadores grandes

deben ser capaces de contribuir al control de frecuencia. Esta obligación es requerida

por el Grid Code y es condición para la conexión a la red de la transmisión. Se pide

que cada unidad generadora tenga una caracter ística de 4% de estatismo de su

gobernador y debe ser capaz de proporcionar una respuesta de potencia continua

para mantener los valores nominales ante los cambios de frecuencia.

5.2.4.-DE LOS ACUERDOS, PROCEDIMIENTOS Y MÉTODOS (PROTOCOLOS)

Los acuerdos lo determina el CONSEJO NACIONAL DE OPERACIÓN, en cada

país, por lo cual aprueban los protocolos para la medición de las unidades de

generación. En dicho protocolo se especifican el procedimiento y el método a

usar. Se debe evitar que ello implique ser destructiva, El estatismo en una

unidad se fija, y se mide para habilitar la unidad. El estatismo global del sistema

(SEIN) integrada por muchas unidades en paralelo, puede obtenerse mediante

el registro de tiempo real proporcionado por el COES-SINAC.

5.2.4.1.-CASO TÍPICO DE PROTOCOLO DE PRUEBA DEL ESTATISMO(REGULADORES DE VELOCIDAD)

El protocolo consigna:

A).-PARÁMETROS DE LA UNIDAD

Potencia activa nominalVelocidad nominal

B).-PARÁMETROS DECLARADOS

EstatismoBanda muerta


52/80


C).-EQUIPOS A UTILIZAR

Registrador de señalRegulador de velocidadFuente de alimentaciónMultímetro digital

Software a utilizar

D).-PROCEDIMIENTO:

1).-Unidad conectada al SEIN

2).-Se verifica que el ajuste del estatismo esté en el valor declarado

3).-Con el multímetro se verifica que el valor de referencia de la frecuencia

(SET POINT), esté en su valor establecido, si no lo está se procede a ajustarlo.

4).-Se instala el registrador para lectura de: velocidad de la turbina (señal

simulada como frecuencia del sistema(60 Hz) y potencia real generada).

5).-Se conecta la Fuente de alimentación [con el SET POINT en (Voltios) para

60Hz, normalmente SETPOINT=5.0V] a la entrada de la tarjeta de

ESTATISMO, para simular la velocidad de la turbina (frecuencia del

sistema).Se ingresa el SET POINT para verificar que la UNIDAD no realiza

regulación primaria, porque el ΔF es 0.

6).-Se var ía la señal de velocidad de la turbina ( en +/-1% del SETPOINT) para

simular conexión y desconexión de carga, y esperar en cada uno de ellos una

respuesta.Esto es:

SETPOINT + 1%SETPOINT = 60.1Hz,

SETPOINT - 1%SETPOINT = 59.9Hz.

Realizar varias inyecciones de voltaje.

7).- La unidad debe hacer regulación primaria. La ΔF y ΔP, se deben extraer

de los registros.


53/80


E).-CÁLCULOS:

El estatismo real de la unidad se determina por:

R : Estatismo R= (ΔF/Fn) / (ΔP/Pn) *100

Fn: Frecuencia nominal de la unidad

ΔF = F1 - F2

Pn: Potencia nominal de la unidad F1 : Velocidad de la unidad (frecuencia del sistema=60Hz) antes de variarla.F2 : Velocidad de la unidad (en frecuencia) después de variarla.

ΔP = P1- P2

P1 : Potencia de la unidad en el mismo instante t, en que se tomaron los valores

F1 y F2.

P2 : Valos hasta el cual llega la potencia de la unidad por corrección, dado enel mismo instante t+1.

5.2.5.-SELECTIVIDAD DE REGULADORES AVR-RAF

Algunos reguladores velocidad ofrecen la posibilidad de incluir una banda

muerta ajustable en la medición de frecuencia o velocidad, es conocido que

pueden presentarse bandas muertas o ciclos de histéresis en el regulador,

debido a desgastes mecánicas en regulador o servoválvulas, lo cual formar ían

parte del equivalente, en la medición de la frecuencia.

AVR (RAV) El regulador de voltaje detecta el voltaje del generador, compara

una muestra rectificada de ese voltaje con el voltaje de referencia y provee la

corriente del campo requerida para mantener el cociente predeterminado entre

el voltaje del generador y el voltaje de referencia, su conexionado corresponde

a la estructura referenciada en el anexo 6.


54/80


VI.-MATERIALES Y MÉTODOS

Los materiales y métodos usados para la consecución de nuestros objetivos,

son los que corresponden al presente proyecto de investigación, por un lado los

MATERIALES, que se han usado, han sido coordinados con el Taller de

Máquinas Eléctricas de la FIEE. El MÉTODO usado, dado los materiales

disponibles, es aquel que persigue el modelamiento indicado en el presente

informe.

6.1.-MATERIALES Y EQUIPOS

a).-Equipos y materiales provistos por el Taller de Electricidad y Electr ónica de

la FIEE, Instrumentos de medidas, maquinas rotativas.

b).-PC implementada con Hoja de cálculo, Software Estadístico y Electr ónico

c).-Procedimiento para prueba de estatismo, en base a normativas local y

Paises amigos.

d).-Información del COES: Estadistica y en tiempo real sobre el SEIN.

6.2.- METODOLOGÍA PARA CONTRASTACIÓN Y DEMOSTRACIÓN DE LA

HIPÓTESIS

6.2.1.- Técnicas Descriptivas para la Demostración de la Hipótesis

a.-Técnica de Tabulación de Resultados de las Pruebas para elESTATISMO.

Analizadas para cada caso, sea para Prueba de Regulación Primaria de

Tensión y Frecuencia (Transitorio) y Prueba de Regulación Secundaria de

Tensión y Frecuencia (Despacho).


55/80


b.- Técnica de Tabulación de Resultados de Evaluaciones, para la BANDA

MUERTA

Analizadas para cada caso, sea para Prueba de Regulación Primaria de

Tensión y Frecuencia (Transitorio) y Prueba de Regulación Secundaria de

Tensión y Frecuencia (Despacho).

6.2.2.- Unidades de Análisis

Para el desarrollo de esta investigación, son tomadas como unidades de

Análisis

Documents

Estatismo y Banda Muerta en Generadores