ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TENSION – METODO DE LAS

CURVAS Q-V

DINAMICA DE SISTEMAS DE POTENCIA (EE-60)

INTRODUCCION

Una de las formas clásicas de evaluar la estabilidad de tensión en redes de potencia es relevar el andamiento de los estados de equilibrio del sistema cuando las cargas aumentan en una forma supuesta a partir de un estado de régimen inicial. Dado a que el estado de colapso de tensión así encontrado depende fuertemente de la forma en que evoluciona la carga, este método esta sujeto a la incertidumbre de prever correctamente dicha dirección de aumento de carga.

La correcta predicción de la evolución de las cargas se hacen particularmente criticas en sistemas muy exigidos, en los cuales una desviación entre la dirección de la carga supuesta y la real puede precipitar un colapso de la tensión no previsto.

Las teorías de calculo de la bifurcación mas cercana nos independizan de las necesidad de prever la forma en que evolucionara la carga, permitiendo calcular las peores direcciones de aumento de carga a partir de un estado inicial, de forma que los márgenes de seguridad al colapso, así calculados sean razonablemente confiables.

CAUSAS DE LA INESTABILIDAD DE TENSION

A continuación podemos mencionar algunas de las causas mas comunes que originan problemas de estabilidad de tensión en los sistemas de potencia:

a) Las cargas en las líneas de transmisión es demasiado elevada.b) Las fuentes de tensión están demasiado alejadas de los centros de carga.c) Las fuentes de tensión son demasiado bajas.d) Hay insuficiente compensación de carga reactiva.

METODO DE LAS CURVAS Q-V

El estudio de estas curvas se basa en interpretar el colapso de tensión como un indicador de que existe un inadecuado balance de potencia reactiva en uno o más nodos de un sistema. Se considera un método eficiente para planificar la red. En otras palabras se dice que el margen de potencia reactiva indica la cantidad de potencia de compensación (capacitor o SVC) necesaria para restablecer un punto de operación u obtener una valor de tensión deseado. También se define como el valor mínimo que se puede incrementar el consumo de la potencia reactiva de la carga o el decrecimiento de la generación de potencia reactiva para el cual no existe punto de operación.

Es importante tener en cuenta aunque el nombre popular de la curva Q-V, la variable independiente es el voltaje, y la variable dependiente es la potencia reactiva por lo tanto el voltaje corresponde a las abcisas y la potencia a las ordenadas.

Las curvas Q-V se construyen simulando un generador síncrono en el nodo de estudio, este generador no tendrá limites de potencia reactiva. Esta condición es similar a convertir una barra de carga en una barra de tensión controlada (P-V).

METODO DE LAS CURVAS Q-V

Las curvas Q-V se utilizan para determinar los márgenes de potencia reactiva de una barra especifica y también para encontrar el nivel de tensión al cual se daría el colapso de tensión en ese nodo. Esta curva se realiza haciendo un barrido de tensión en la barra bajo estudio.

Al colapsar este generado el voltaje de la barra es controlado, variando el voltaje se obtienen los valores de potencia reactiva entregados o absorbidos por la barra. Cuando el nodo al que se le esta construyendo, no tiene compensación reactiva por medio de bancos de capacitores, el punto de operación es en el cual la potencia reactiva es cero. Si la barra tiene un banco de capacitores, el punto de operación es en el cual la curva Q-V del sistema se interseca con la curva características del elemento de compensación reactiva; el colapso de voltaje comienza en la barra más débil del sistema y entonces se extiende hacia otras barras débiles. La barra más débil es la más importante en el análisis del colapso de voltaje. La barra más débil es aquella que exhibiría una de las condiciones siguientes:

METODO DE LAS CURVAS Q-V

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a) tiene el punto crítico más altob) tiene el margen de potencia reactiva más bajo.c) tiene la más grande insuficiencia de potencia reactiva.d) tiene el más alto porcentaje de cambio en la tensión.

CURVA Q-V PARA DIFERENTES VALORES DE CARGA

Figura . 1:

METODO DE LAS CURVAS Q-V

En la figura se observan las diferentes secciones de una curva Q-V. Del corte F-G hacia arriba se observa que la razón de cambio del voltaje con la potencia reactiva, en la zona cuando las máquinas que realizan el control de tensión se saturan disminuye la capacidad de absorción de reactivo. El punto D representa la cantidad de potencia reactiva que se necesita para tener un voltaje de estado estable de 1 por unidad en la barra. El punto B es el voltaje en el cual estaría la barra sin entrega in consumo de reactivo, este es el punto normal de operación para dicha barra. Bajando hasta el punto A se encuentra el valor de voltaje mínimo al que puede llegar la barra antes de volverse inestable el sistema, además el punto A también representa el margen de potencia reactiva de la barra, el cual representa la potencia reactiva a la que puede disponer el nodo en caso de una contingencia o de aumentos de carga, para mantener niveles adecuados de voltaje.

ANALISIS DE ESTABILIDAD PROGRAMA COMPUTACIONAL

De una forma interactiva mediante el empleo de diferentes cajas de diálogos, el programa de la estabilidad de la tensión utiliza la misma información que se requiere para el cálculo de un flujo de potencia convencional y además alguna información propia para el cálculo de la estabilidad de la tensión, en condiciones normales y ante contingencias, a saber: Criterio del margen de estabilidad de la tensión.Límites máximo y mínimo de la tensión en cada barra o nodo.Reserva rodante de potencia reactiva.Constante de inercia de cada generador.Factor de amortiguamiento de cada generador PV.Caída del gobernador de cada generador.Definir el modo de realizar el redespacho de la generación: uniforme, flujo inercial o respuesta del gobernador.

                                               

ANALISIS DE ESTABILIDAD PROGRAMA COMPUTACIONAL

SALIDAS DEL PROGRAMA SOBRE LA ESTABILIDAD DE LA TENSIÓN

Se refieren a cada uno de los métodos estáticos mencionados. Se aplican al caso base y al de emergencia. Se pueden ver los resultados en forma gráfica o en tablas.

Para el caso del Método de las Curvas Q-V• Mediante gráficos Potencia reactiva-Tensión

PROCEDIMIENTO UTILIZADO PARA EL ANÁLISIS 1. Establecimiento del caso base.2. Selección de las contingencias más severas3. Obtención de las curvas P-V para el caso base y ante las contingencias4. Obtención de las curvas V-Q para el caso base y ante las contingencias5. Aplicación del análisis Modal.

ANALISIS DE CASO ESTUDIO

El caso estudio es el sistema de 14 barras de la IEEE, figura 2, aceptado en la literatura, para hacer validaciones de programas aplicados en el análisis de los regímenes de los sistemas eléctricos de potencia

                                               

Fig.2:

ANALISIS DE CASO ESTUDIO

Para el análisis se hacen las siguientes consideraciones:

a) Margen de estabilidad de la tensión, 7%b) Límites máximo y mínimo de la tensión en cada barra, 1.1 y 0.9 pu.c) Reserva de potencia reactiva, 15 Mvar (valor por defecto del PSAF).d) Redespacho de la generación, flujo inercial.

Estos valores son los dados por el PSAF, con excepción del último en que se toman los valores de la constante de inercia, dados por el propio ejemplo típico

En la figura 3, se muestra la curva VQ de la barra 14 en las tres variantes analizadas, en condiciones normales obteniéndose un margen de potencia reactiva de 46Mvar, con la desconexión del generador sincrónico conectado a la barra 8, el margen de potencia reactiva es de 36 Mvar y con el caso del incremento de la caga de la red en 105% y ante la desconexión del generador sincrónico se obtiene un margen de potencia reactiva de 33Mvar

ANALISIS DE CASO ESTUDIO

Fig. 3:

El cruce por el eje 0 (eje de las abscisas) de cada una de las curvas Q-V determina el valor de la tensión para cada uno de los regímenes considerados. Se observa como el valor de la tensión disminuye para los casos de salida de una línea y la salida del generador sincrónico, respecto al valor del caso base