Modelado lineal de sistemas de potencia : Aplicación al análisis de estabilidad de pequeña señal

En esta tesis se presenta el desarrollo de una herramienta potente y de manejo sencillo para la realización de estudios de estabilidad de pequeña señal mediante análisis modal, con el fin de poder analizar las posibles oscilaciones en grandes sistemas eléctricos potencia. Para lograr esto se propone un método para la construcción, en forma matricial, del sistema lineal de ecuaciones diferencial - algebraica (DAE, de sus siglas en ingles) de un sistema de potencia. Disponer del sistema DAE permite calcular coeficientes que caractericen la Observabilidad y Controlabilidad de los modos de oscilación existentes. La herramienta de cálculo desarrollada se denomina "Sistema Informático para Análisis Modal", o simplemente "SIAM" por su acrónimo, y consiste en una segunda versión (v2.0) de un programa para realizar análisis modal desarrollado por el IITREE-LAT (Instituto de Investigaciones Tecnológicas para Redes y Equipos Eléctricos - Laboratorio de Alta Tensión) de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de La Plata, entre los años 2008 y 2011. Para esta nueva versión del SIAM fue necesario realizar la linealización de los modelos de generadores, reguladores automático de tensión y estabilizadores de sistemas de potencia, además de las ecuaciones que relacionan el generador a la red y la propia red de sistema. El software sólo requiere los datos correspondientes a la resolución del flujo de carga para el escenario en estudio, los cuales incluyen datos de las barras (o nodos), de los generadores, de las cargas y la matriz de admitancia nodal, la cual describe la estructura del sistema. Además es necesario contar con los nombres y parámetros de ajuste de los modelos empleados para la representación de los generadores, así como también sus respectivos controles asociados. La tesis contiene la descripción y modelado de los distintos tipos de elementos del sistema involucrados en estudios de estabilidad de pequeña señal y los dispositivos FACTS, que pueden utilizarse para aumentar el amortiguamiento de los modos de oscilación. Se describe en forma detallada el método de construcción de la matriz DAE y como ese método se implementa mediante el SIAM. Se describe también el cálculo de índices de controlabilidad y observabilidad. Finalmente la eficacia del método propuesto y el funcionamiento del SIAM se prueban mediante un ejemplo de un sistema 5 áreas, 16 máquinas y 68 barras que representa un equivalente de los sistemas de Nueva Inglaterra (NETS) y Nueva York (NYPS). Los resultados se comparan con aquellos obtenidos mediante un programa comercial. Se calculan los autovalores del sistema, los factores de participación y los factores de forma. Se calculan también los índices de controlabilidad para un SVC y un TCSC, así como los índices de observabilidad en las tensiones de las barra y en las potencias activas por las líneas. Todos estos resultados se muestran mediante las diferentes salidas gráfica que posee el SIAM.Facultad de Ingenierí

Modelado lineal de sistemas de potencia : Aplicación al análisis de estabilidad de pequeña señal

En esta tesis se presenta el desarrollo de una herramienta potente y de manejo sencillo para la realización de estudios de estabilidad de pequeña señal mediante análisis modal, con el fin de poder analizar las posibles oscilaciones en grandes sistemas eléctricos potencia. Para lograr esto se propone un método para la construcción, en forma matricial, del sistema lineal de ecuaciones diferencial - algebraica (DAE, de sus siglas en ingles) de un sistema de potencia. Disponer del sistema DAE permite calcular coeficientes que caractericen la Observabilidad y Controlabilidad de los modos de oscilación existentes. La herramienta de cálculo desarrollada se denomina "Sistema Informático para Análisis Modal", o simplemente "SIAM" por su acrónimo, y consiste en una segunda versión (v2.0) de un programa para realizar análisis modal desarrollado por el IITREE-LAT (Instituto de Investigaciones Tecnológicas para Redes y Equipos Eléctricos - Laboratorio de Alta Tensión) de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de La Plata, entre los años 2008 y 2011. Para esta nueva versión del SIAM fue necesario realizar la linealización de los modelos de generadores, reguladores automático de tensión y estabilizadores de sistemas de potencia, además de las ecuaciones que relacionan el generador a la red y la propia red de sistema. El software sólo requiere los datos correspondientes a la resolución del flujo de carga para el escenario en estudio, los cuales incluyen datos de las barras (o nodos), de los generadores, de las cargas y la matriz de admitancia nodal, la cual describe la estructura del sistema. Además es necesario contar con los nombres y parámetros de ajuste de los modelos empleados para la representación de los generadores, así como también sus respectivos controles asociados. La tesis contiene la descripción y modelado de los distintos tipos de elementos del sistema involucrados en estudios de estabilidad de pequeña señal y los dispositivos FACTS, que pueden utilizarse para aumentar el amortiguamiento de los modos de oscilación. Se describe en forma detallada el método de construcción de la matriz DAE y como ese método se implementa mediante el SIAM. Se describe también el cálculo de índices de controlabilidad y observabilidad. Finalmente la eficacia del método propuesto y el funcionamiento del SIAM se prueban mediante un ejemplo de un sistema 5 áreas, 16 máquinas y 68 barras que representa un equivalente de los sistemas de Nueva Inglaterra (NETS) y Nueva York (NYPS). Los resultados se comparan con aquellos obtenidos mediante un programa comercial. Se calculan los autovalores del sistema, los factores de participación y los factores de forma. Se calculan también los índices de controlabilidad para un SVC y un TCSC, así como los índices de observabilidad en las tensiones de las barra y en las potencias activas por las líneas. Todos estos resultados se muestran mediante las diferentes salidas gráfica que posee el SIAM.Facultad de Ingenierí

Power system linear modeling : Application for small signal stability analysis

This paper presents the calculation of the state matrix A of the power system through a program developed under MATLAB. This program is called SIAM (Sistema Informático para Análisis Modal - Computational System for Modal Analysis). The state matrix is obtained from the load flow solution data and from the dynamic model parameters employed. The detailed models of synchronous machines, automatic voltage regulators and power system stabilizers are linearized for the calculation. To evaluate the method proposed, there is a comparison of results between SIAM and a commercial program for a reference case published.Instituto de Investigaciones Tecnológicas para Redes y Equipos Eléctricos (IITREE

Flexible tool for small signal stability analysis

This paper presents the development of a flexible tool for the calculation of the state matrix A of the power system. This program is called SIAM (Sistema Informático para Análisis Modal - Computational System for Modal Analysis). The state matrix is obtained from the load flow solution data and from the dynamic model parameters employed. The detailed models of synchronous machines, automatic voltage regulators and power system stabilizers are linearized for the calculation. To evaluate the method proposed, there is a comparison of results between SIAM and a commercial program for a reference case published.Instituto de Investigaciones Tecnológicas para Redes y Equipos Eléctricos (IITREE

Flexible tool for small signal stability analysis

This paper presents the development of a flexible tool for the calculation of the state matrix A of the power system. This program is called SIAM (Sistema Informático para Análisis Modal - Computational System for Modal Analysis). The state matrix is obtained from the load flow solution data and from the dynamic model parameters employed. The detailed models of synchronous machines, automatic voltage regulators and power system stabilizers are linearized for the calculation. To evaluate the method proposed, there is a comparison of results between SIAM and a commercial program for a reference case published.Instituto de Investigaciones Tecnológicas para Redes y Equipos Eléctricos (IITREE

Sistemas de control de excitación y de frecuencia-potencia de generadores: ensayos para determinación de parámetros de desempeño y de modelos

Se presentan los requisitos técnicos que deben cumplir las unidades generadoras que deseen ingresar al Sistema Argentino de Interconexión (SADI), como así también se indican los ensayos que deben ser realizados para verificar el cumplimiento de dichos requisitos técnicos. Entre los sistemas a ensayar y evaluar se encuentran los siguientes: Generador, Regulador Automático de Tensión (RAT), Limitadores de Máxima y Mínima Excitación (OEL y UEL), Limitador de Máximo Flujo (V/Hz), Estabilizador de Potencia (PSS) y Regulador Automático de Velocidad (RAV). En caso de existir, también debe probarse los sistemas de control conjunto que existan en la central eléctrica, sean estos controles de Tensión o de Potencia activa. A modo de ejemplo, se presentan ensayos realizados por el Instituto de Investigaciones Tecnológicas en Redes y Equipos Eléctricos (IITREE) en unidades generadoras del SADI y sus correspondientes simulaciones. Se presentan las variables de interés medidas y los parámetros de desempeños evaluados para cumplir con los requerimientos de CAMMESA.Instituto de Investigaciones Tecnológicas para Redes y Equipos Eléctricos (IITREE

Modelado de generadores eólicos para estudios de estabilidad de pequeña señal

En este trabajo se muestra que la presencia de generación eólica no afecta sustancialmente la frecuencia y amortiguamiento de las oscilaciones electromecánicas dominantes o de bajo amortiguamiento de los sistemas de energía eléctrica. Como demostración, se presenta un sistema eléctrico compuesto por dos generadores convencionales y un parque eólico sobre el cual se realizan análisis de oscilaciones electromecánicas. Mediante simulaciones temporales realizadas con el programa PSS/E, se evalúa el amortiguamiento y frecuencia de las oscilaciones con modelos completos de aerogeneradores y con el modelo alternativo. Los modelos de generadores eólicos utilizados son los suministrados por tres fabricantes. Sobre este sistema se producen perturbaciones que provocan la oscilación electromecánica dominante y se determina el efecto de la misma con los modelos de generadores eólicos y con los modelos alternativos.Comité de estudio C2: Operación y control de sistemas.Instituto de Investigaciones Tecnológicas para Redes y Equipos Eléctricos (IITREE

Sistemas de control de excitación y de frecuencia-potencia de generadores: ensayos para determinación de parámetros de desempeño y de modelos

Se presentan los requisitos técnicos que deben cumplir las unidades generadoras que deseen ingresar al Sistema Argentino de Interconexión (SADI), como así también se indican los ensayos que deben ser realizados para verificar el cumplimiento de dichos requisitos técnicos. Entre los sistemas a ensayar y evaluar se encuentran los siguientes: Generador, Regulador Automático de Tensión (RAT), Limitadores de Máxima y Mínima Excitación (OEL y UEL), Limitador de Máximo Flujo (V/Hz), Estabilizador de Potencia (PSS) y Regulador Automático de Velocidad (RAV). En caso de existir, también debe probarse los sistemas de control conjunto que existan en la central eléctrica, sean estos controles de Tensión o de Potencia activa. A modo de ejemplo, se presentan ensayos realizados por el Instituto de Investigaciones Tecnológicas en Redes y Equipos Eléctricos (IITREE) en unidades generadoras del SADI y sus correspondientes simulaciones. Se presentan las variables de interés medidas y los parámetros de desempeños evaluados para cumplir con los requerimientos de CAMMESA.Instituto de Investigaciones Tecnológicas para Redes y Equipos Eléctricos (IITREE

Sistemas de control de excitación y de frecuencia-potencia de generadores: ensayos para determinación de parámetros de desempeño y de modelos

Se presentan los requisitos técnicos que deben cumplir las unidades generadoras que deseen ingresar al Sistema Argentino de Interconexión (SADI), como así también se indican los ensayos que deben ser realizados para verificar el cumplimiento de dichos requisitos técnicos. Entre los sistemas a ensayar y evaluar se encuentran los siguientes: Generador, Regulador Automático de Tensión (RAT), Limitadores de Máxima y Mínima Excitación (OEL y UEL), Limitador de Máximo Flujo (V/Hz), Estabilizador de Potencia (PSS) y Regulador Automático de Velocidad (RAV). En caso de existir, también debe probarse los sistemas de control conjunto que existan en la central eléctrica, sean estos controles de Tensión o de Potencia activa. A modo de ejemplo, se presentan ensayos realizados por el Instituto de Investigaciones Tecnológicas en Redes y Equipos Eléctricos (IITREE) en unidades generadoras del SADI y sus correspondientes simulaciones. Se presentan las variables de interés medidas y los parámetros de desempeños evaluados para cumplir con los requerimientos de CAMMESA.Instituto de Investigaciones Tecnológicas para Redes y Equipos Eléctricos (IITREE

Herramienta flexible para análisis de estabilidad de pequeña señal

El análisis modal permite determinar los autovalores o modos de oscilación de un sistema, expresados en términos de frecuencia y amortiguamiento. Para el realizar el análisis modal, se requiere la matriz "A" de estado del sistema. En estudios llevados a cabo sobre el Sistema Argentino de Interconexión y Sistema Interconectado Patagónico (SADI-SIP), la matriz de estado se obtiene de los mismos modelos no lineales utilizados para estudios de estabilidad transitoria. La base de datos de modelos para estudios dinámicos es gestionada por el operador del sistema de transmisión (CAMMESA) y está disponible sólo para el programa comercial PSS/E (en adelante, Programa Comercial - PC). Esto implica algunas limitaciones para llevar a cabo el análisis específico en el sistema de potencia. Para mayor flexibilidad, se ha desarrollado un programa en entorno MATLAB para generar y procesar la matriz de estado, en lugar de utilizar el módulo específico del paquete de PC. Este programa fue llamado Sistema Informático para Análisis Modal o simplemente SIAM. El SIAM se ha desarrollado para obtener una herramienta más versátil para los estudios de estabilidad de pequeña señal. Esta herramienta puede utilizarse no sólo para calcular los autovalores y autovectores, sino también para obtener los factores de participación, formas de los modos e índices de controlabilidad y observabilidad. Estas características permiten el diseño de diferentes estrategias de control para evitar inestabilidades. Este programa tiene la ventaja adicional de ser capaz de realizar el análisis basado en una solución de flujo de carga sin la necesidad de migrar todos los datos al nuevo software. En este caso, se utiliza un PC específico, pero podría ser utilizado con cualquier otro. Adicionalmente a los datos de la solución de flujo de carga, sólo se necesita saber los modelos empleados para representar a los elementos de la red y sus parámetros. La versión actual de SIAM contiene aproximadamente 70 tipos de modelos estándar y desarrolladas por usuarios para representar a la máquina síncrona (MS), regulador automático de tensión (RAT) y estabilizadores de sistemas de potencia (PSS). Nuevos modelos pueden ser incluidos fácilmente. La ventaja del SIAM es el método analítico de cálculo de la derivada, que permite el uso de modelos altamente no lineales con un error acotado. Cuando se utiliza el método incremental (perturbación en forma de escalón en las variables de estado para el cálculo de la derivada), se pueden producir errores que poden perjudicar el análisis. Esto se debe a las altas ganancias y la existencia de no linealidades.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí