<p>Definición: La estabilidad en estado estacionario se define como la capacidad de un sistema de potencia eléctrica para mantener su condición inicial después de una pequeña interrupción o para alcanzar una condición muy cercana a la inicial cuando la perturbación aún está presente. La estabilidad en estado estacionario es muy importante en la planificación y el diseño. del sistema de potencia, en el desarrollo de dispositivos especiales de control automático, poniendo en operación nuevos elementos del sistema, o modificando su nueva condición de operación.
La estimación del límite de estado estacionario es importante para el análisis del sistema de potencia. El análisis del sistema de potencia incluye la comprobación de un sistema de potencia eléctrica en un estado estacionario específico, la determinación de sus límites de estabilidad y la estimación cualitativa del transitorio. También estima la elección del tipo de sistema de excitación y sus controles, los modos de control, el parámetro del sistema de control de excitación y automatización.
La selección de la estabilidad se hace por los requisitos del límite de estabilidad o calidad de la energía eléctrica en condiciones de estado estable o durante el transitorio. El límite de estado estacionario se refiere al flujo máximo de potencia a través de un punto en particular sin causar la pérdida de estabilidad cuando la potencia se incrementa muy gradualmente.
Cuando todas las máquinas en una parte funcionan juntas, se las trata como una gran máquina conectada en ese punto. Incluso, si las máquinas no están conectadas a la misma barra colectora y están separadas por una gran reactancia, también se consideran una máquina grande. Siempre se supone que el sistema grande en un sistema de potencia tiene un voltaje constante y se trata como un bus infinito.
Considere un sistema compuesto por un generador G, una línea de transmisión y un motor síncrono M en forma de carga.
La expresión que se muestra a continuación da una potencia desarrollada por un generador G y un motor síncrono M.
La siguiente expresión da la potencia máxima generada por el generador G y el motor síncrono M
Donde A, B y D son las constantes generalizadas de la máquina de dos terminales. La expresión anterior dará la potencia en vatios y por fase en caso de voltaje y se toma como el voltaje de fase en voltios.
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Motivo del sistema inestable
Considere un motor síncrono conectado a una barra colectora infinita y funcionando a una velocidad constante. La potencia de entrada es igual a la potencia de salida más las pérdidas. Si se agrega al motor el incremento más pequeño de la carga del eje, entonces la potencia del motor aumenta y la potencia de entrada del motor permanece sin cambios. Así, el par neto del motor tiende a retardarlo y su velocidad cae temporalmente.
El retardo en el par reduce la velocidad del motor, el ángulo de fase entre la tensión interna del motor y la tensión del sistema aumenta hasta que la potencia eléctrica de entrada es igual a la potencia de salida más las pérdidas.
Durante el intervalo de potencia transitoria, siendo la entrada de potencia eléctrica al motor menor que la carga mecánica, el exceso de potencia requerido es suministrado por la energía almacenada en el sistema giratorio. El motor oscila alrededor del equilibrio y puede finalmente detenerse o perder el sincronismo. El sistema también pierde su estabilidad cuando se aplica una carga grande o cuando la carga se aplica demasiado repentinamente a la máquina.
La siguiente ecuación muestra la potencia máxima que puede desarrollar el motor. El valor de carga solo se puede obtener cuando el ángulo de potencia (δ) = ángulo de carga (β). Y la carga puede aumentar hasta que se alcance esta condición. Después de esta condición, si la carga aumenta, la máquina pierde su sincronismo y la sobrepotencia requerida.
El exceso de energía provendrá de la energía almacenada del sistema giratorio y la velocidad disminuirá. Más y más grande será la potencia, más y más pequeño se desarrollará el ángulo hasta que el motor se detenga.
La diferencia entre la potencia desarrollada por el motor y el generador para cualquier valor de δ es igual a las pérdidas de línea. Si la resistencia y la admitancia de derivación de la línea son despreciables, obtenemos la siguiente expresión para la potencia transferida entre el alternador y el motor.
Donde, X – reactancia de línea
VG – voltaje del generador
VM – voltaje del motor
δ – Ángulo de carga
PM – Potencia del motor
PG – Potencia del motor
Pmax – potencia máxima
Métodos para mejorar el límite de estado estacionario
La potencia máxima transferida entre un alternador y un motor es directamente proporcional al producto de la fem interna de las máquinas e inversamente proporcional a la reactancia de línea. El límite de estado estacionario aumenta debido a dos razones;
- Al aumentar la excitación de un generador o motor o ambos – La excitación aumenta la fem interna y en consecuencia aumenta la potencia máxima transferida entre las dos máquinas. Además, con el aumento del valor de los campos electromagnéticos internos, el ángulo de carga δ disminuye.
- Reduciendo la reactancia de transferencia – La reactancia se reduce aumentando la línea paralela entre los puntos de transmisión. El uso de un haz de conductores es el otro método para reducir la reactancia de la línea. La reactancia también se puede disminuir usando la capacitancia en serie con la línea.
El capacitor en serie solo se usa en líneas EHV para aumentar la transferencia de energía y son distancias más económicas de más de 350 km.
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