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SIEP - CTE - USB CALIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICOTema IIntroducción al Problema de la Calidad del Servicio Eléctrico (CSE)

CALIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICO - POWER QUALITYProf. Roberto Alves B. - SIEP - CTE - USB

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVARDepartamento de Conversión y Transporte de Energía

CALIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICOCALIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICOPOWER QUALITYPOWER QUALITY

Tema I-1

SIEP - USBGRUPO DE SISTEMAS INDUSTRIALESDE ELECTRÓNICA DE POTENCIA

CursoCALIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICO

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVARDepartamento de Conversión y Transporte de Energía

CALIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICOCALIDAD DEL SERVICIO ELÉCTRICOPOWER QUALITYPOWER QUALITY

Tema I-2

SIEP - USBGRUPO DE SISTEMAS INDUSTRIALESDE ELECTRÓNICA DE POTENCIA

Tema IIntroducción al problema de la Calidad del Servicio Eléctrico (CSE)

Tema I: introducción general



Tema I-3SIEP - CTE - USB Calidad del Servicio Eléctrico – Roberto Alves – Dpto. de CTE-USB

Temas a considerar

l Definición e importancia de la CSE.

l Objetivos deseados en cuanto a la calidad del suministro.

l Causas y motivos por los que se degrada la calidad de la red: perturbaciones.

l Tipos de cargas de los sistemas eléctricos.

l Importancia, usos y consecuencias del empleo de la Electrónica de Potencia (EP).


Calidad del Servicio Eléctrico (CSE)

l Permite valorar y jerarquizar el servicio eléctrico.

l Permite proteger y dar confiabilidad a las cargas.

l Es una responsabilidad y un activo tanto de las empresas de servicio eléctrico como de los consumidores.

l Es una responsabilidad compartida entre los usuarios y las empresas de suministro eléctrico:

– obliga a planificar, diseñar, operar y supervisar tanto el sistema de suministro como los sistemas asociados (cargas) para obtener losniveles de calidad que exigen los requisitos operativos así como las normas y reglamentos, por lo que,

– requiere de una activa participación de los consumidores en la mayoría de las etapas de crecimiento del sistema eléctrico.




Interfases de la Calidad del Servicio Eléctrico

USUARIOGENERACIÓN

INTERFASE INTERFASE INTERFASE

REQUISITOSDE PQ

REQUISITOSDE PQ

REQUISITOSDE PQ

TRANSMISIÓN DISTRIBUCIÓN


Problemática asociada a la CSE

PROBLEMATICA ASOCIADA A POWER QUALITY

Conceptosbásicos

DefinicionesNormalizaciónProcedimientos

CONCEPTOSFUNDAMENTALES

FallasManiobras

Sistema desuministro

Sistemas depuesta a tierraConvertidoresestáticos(PR,UPS,PWM,...)FACTSHornos de arcoHornos de inducción

Sistemas de iluminaciónFuentes conmutadas...

Cargas controladas modernas

...

FUENTES DEDISTORSIÓN

Funcionamientode los equiposPérdidasProteccionesCaracterísticasde los equipos...

EFECTOS

ComponentesArmónicasProbabilidadCompensación

TemporalFrecuencialRedes(propagación)

ANALISIS

MODELACIÓNY ANÁLISIS

régimenpermanenterégimentransitorio

Compensaciónde tensión

cargas sensiblesredistribuciónUPS

Análisis de las cargas

pasivosactivos

Filtros

SVS, SVC...

SOLUCIONES

MedicionesMedidoresFormas de ondaRegistradoresde eventosEstadísticas...

INSTRUMENTACIÓN




Objetivo y atributos del suministro eléctrico

Vpico

T = 1 / f

FORMA DE ONDA

SENOIDAL CON VALORES

CONSTANTES DE

AMPLITUD Y FRECUENCIA

l Distorsión armónica l Perturbaciones cíclicasl Interrupcionesl Ruido y otras

ATRIBUTOS TÉCNICOS DE LA CALIDAD DE LA ENERGÍA

l Regulación de tensiónl Regulación de frecuencial Desequilibrios de tensiónl Fluctuaciones de tensión


Vpico

T = 1 / f

¿Por qué se degrada la calidad de la onda?

l Perturbaciones de origen externo al sistema eléctrico.l Perturbaciones por fallas en componentes del sistema.l Perturbaciones por maniobras en el sistema de suministro.l Cambios en el estado del funcionamiento del sistema.l El funcionamiento de cargas cuya operación normal distorsiona las

ondas de corriente y tensión.




∼∼ Corriente senoidal

Carga lineal

Tensión senoidal~

Tensión senoidal

Tipos de cargas en los sistemas eléctricos (SE)

l CARGAS LINEALES: Alimentadas por una tensión senoidal, demandan una corriente senoidal.

l CARGAS NO LINEALES: Alimentadas por una tensión senoidaldemandan una corriente no senoidal.

? Corriente NO senoidal

Carga NO linealTensión NO senoidal

~Tensión senoidal


Elementos y cargas no lineales más frecuentes

ELECTRÓNICA

DE

POTENCIA

EPl Hornos de arco y de inducción.

l Saturación de transformadores, reactores, máquinas y otras carga.

l Sistemas de iluminación convencionales.

l Compensadores estáticos de reactivos (SVC).

l Motores controlados mediante rectificadores, choppers, inversores, controladores de CA, etc.

l Sistemas de alimentación in-interrumpida (UPS).

l Equipos electrónicos con fuentes conmutadas (televisores, computadoras, impresoras, etc.)

l Otras cargas controladas.




¿Por qué se usa la Electrónica de Potencia (EP)?

Usos de la EP:– Control del flujo de potencia

activa.– Control del flujo de potencia

reactiva.– Control de la acumulación y

entrega de energía.– Control de la dinámica de las

máquinas eléctricas,– Mejorar el balance de fases.

– Corrección de formas de onda.– Soluciones de PQ.– Otros usos...

Principales aplicaciones de la EP:– Fuentes de potencia reguladas

(AC y DC).– Procesos electroquímicos.– Control de calor e iluminación.– Fuentes de potencia reactiva.– Compensación armónica.– Transmisión HVDC.

– Interruptores de potencia estáticos.

– Hornos de inducción.– Control de motores AC y DC,

tracción eléctrica.– Otras aplicaciones


EP: relación con otras ramas de la ing. eléctrica

Electrónica de Potencia:tecnología inter-disciplinaria

ELECTRÓNICADE

POTENCIA

ELEC

TRÓ

NIC

A POTEN

CIA

CONTROL

VARIABLESCONTINUAS

MUESTREODE DATOS

DIS

POSI

TIVO

SC

IRC

UIT

OS EQ

UIPO

S

ESTÁTIC

OS

EQU

IPOS

RO

TATIVO

S

ELECTRÓNICA DE POTENCIA Y

ACCIONAMIENTOS

Teoría decontrol

Electrónicadigital y

analógica Computación

Componentessemiconductores

de potencia

Máquinaseléctricas

Circuitosconvertidores




La electrónica y la electrónica de potencia

ELECTRÓNICA

FUENTE AUXILIAR DE POTENCIA

SEÑALSEÑAL

TRATADA

ELECTRÓNICADE

POTENCIA

SEÑALES DE CONTROL

POTENCIA CON PRESENTACIÓN

MODIFICADAPOTENCIA


Principales tipos de convertidores estáticos de potencia

l Controladores AC/DC– Rectificadores de potencia.

– Variadores de velocidad.

l Controladores AC/AC– Arrancadores suaves.

– Compensadores estáticos (SVS).

l Convertidores DC/DC– Troceadores (Choppers).

– Tracción eléctrica.

l Convertidores DC/AC– Inversores.

– Variadores de velocidad.

Rectificación

DC Drives

Inversión

AC Drives

CHOPPERAC

(troceadores)

ArrancadoresSVS

CHOPPERDC

(troceadores)

Tracción




Dominio potencia - frecuencia de la EP

VOLTAJE

1M

10K

1K

100

10

20 200 200K20K2K 800K

CO

RR

IEN

TE

FRECUENCIA

100K

PotenciaMedia

10k

100

10 1KW

100KW

AltaPotencia

Alto voltaje(dispositivos

en serie)

Altacorriente

(dispositivosen paralelo)

100k

300k

10MW

1GW

1k


Importancia de la EP en los sistemas eléctricos (SE)

l Los equipos de EP utilizados han crecido en dos órdenes de magnitud en los últimos 15 años.

l Parte muy importante de las cargas industriales son alimentadas mediante dispositivos de EP.

l La potencia de los equipos de EP se ha triplicado en los últimos 15 años:

– SVS sistema venezolano 765 kV →→ 300 MVA

– Control de motores sincrónicos →→ 30 MW

– Enlace HVDC ITAUPÚ ± 600 kV →→ 2 x 3150 MW




Scc PnXcc-pu= 1/Scc-pu

Consecuencias de la EP en los sistemas eléctricos (SE) y sistemas industriales (SI)

l La potencia de los equipos respecto a la de cortocircuito, ha aumentado en más de un orden de magnitud.

– Caso típico: se pasa de un equipo de 50 kW en una barra de 1000 kVA con Scc = 15 MVA a un equipo de 2000 kW en una barra de 3000 kVA con Scc = 30 MVA.

Importancia del NIVEL DE CC y LA RELACIÓN DE CC !!!!

1

2

50 1RCC 0.0033

15000 3002000 1

RCC 0.066630

antes

actualmente000 15

= = = →

= = = →

2 1RCC RCC = 22.33

)

)


Consecuencias de la EP en los SE y SI (continuación)

l Las cargas tienen mayores demandas y perturbacionessincronizadas por la red.

l El mayor consumo de reactivos debido a la EP, requiere más condensadores de compensación, aumentando el peligro de resonancias.

Condesadores de compensación




Circuito equivalente simplificado para el estudio de las resonancias paralelo

( )( )

( )

h h hL C

2 hh0h h

L C2 2

0 0

I = I + I

h LC III = , I =

1- h LC 1- h LC

ω

ω ω

( )

( )

( )

2 h h0 L C

2 h h0 L C

2 L0

C

1h < I > I

LC1

h > I < ILC

I1h =

ILC

ω ⇒

ω ⇒

→ ∞ω ⇒ → ∞

CARGA GENERADORA

DE ARMÓNICOS

Ih

ILh

L C

ICh

hωωoLreactancia del

sistema para el armónico h.

1/ hωωoCreactancia capacitiva para el armónico h


Circuito equivalente simplificado para el estudio de las resonancias paralelo

ccr 0

C

r

0

cc

C

kVAVerificación f f

Q

f frecuencia de resonancia

f frecuencia fundamental

kVA potencia de CC en el punto de instalación del condensador

Q potencia reactiva capacitiva a instalar

⇒ =

→→→

→

l Una verificación preliminar, preventiva, antes de la instalación de un banco de compensación capacitiva, consiste en determinar la frecuencia en la que puede haber resonancia paralelo.

kVAcc

QC




Incremento de la potencia transformada por la EP

0%

50%

100%

150%

200%

250%

300%

350%

1960 1970 1980 1990 2000

Año

(%)

tom

ando

com

o re

fere

ncia

el

año

1990


Ejemplos de uso de la EP en Venezuela

l SVS de 300 MVA en el sistema venezolano (EDELCA).

l SVS de 25 MVA en (Planta de Sidetur - Barquisimeto).

l Metro de Caracas: estaciones de rectificación y control de motores de CD en tracción eléctrica.

l Control de motores de hasta 10 MW (PDVSA).

l Control de bombas electro-sumergibles para la extracción de petróleo (PDVSA).

l Grandes UPS (EDELCA, EDC, PDVSA y otras).

l Control de compresores de más de 100 kW en plantas de refrigeración (EFE).

l Etc.




Síntesis de los temas considerados

l El aumento de elementos perturbadores y sus magnitudes, hacen que el problema de la CSE sea crítico e importante.

l El pronóstico indica que el problema tiende a incrementarse.

l El aumento de las cargas sensibles, controladas aumenta los requisitos en cuanto a la CSE.

l La CSE es una responsabilidad compartida entre las empresas de suministro y los usuarios.

l En un MERCADO ELÉCTRICO competitivo la CSE es de vital importancia para las empresas de suministro.

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