Estabilidad de estado estacionario en el sistema de potencia

<p>Definici贸n: La estabilidad en estado estacionario se define como la capacidad de un sistema de potencia el茅ctrica para mantener su condici贸n inicial despu茅s de una peque帽a interrupci贸n o para alcanzar una condici贸n muy cercana a la inicial cuando la perturbaci贸n a煤n est谩 presente. La estabilidad en estado estacionario es muy importante en la planificaci贸n y el dise帽o. del sistema de potencia, en el desarrollo de dispositivos especiales de control autom谩tico, poniendo en operaci贸n nuevos elementos del sistema, o modificando su nueva condici贸n de operaci贸n.

La estimaci贸n del l铆mite de estado estacionario es importante para el an谩lisis del sistema de potencia. El an谩lisis del sistema de potencia incluye la comprobaci贸n de un sistema de potencia el茅ctrica en un estado estacionario espec铆fico, la determinaci贸n de sus l铆mites de estabilidad y la estimaci贸n cualitativa del transitorio. Tambi茅n estima la elecci贸n del tipo de sistema de excitaci贸n y sus controles, los modos de control, el par谩metro del sistema de control de excitaci贸n y automatizaci贸n.

La selecci贸n de la estabilidad se hace por los requisitos del l铆mite de estabilidad o calidad de la energ铆a el茅ctrica en condiciones de estado estable o durante el transitorio. El l铆mite de estado estacionario se refiere al flujo m谩ximo de potencia a trav茅s de un punto en particular sin causar la p茅rdida de estabilidad cuando la potencia se incrementa muy gradualmente.

Cuando todas las m谩quinas en una parte funcionan juntas, se las trata como una gran m谩quina conectada en ese punto. Incluso, si las m谩quinas no est谩n conectadas a la misma barra colectora y est谩n separadas por una gran reactancia, tambi茅n se consideran una m谩quina 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 l铆nea de transmisi贸n y un motor s铆ncrono M en forma de carga.

ecuaci贸n de estabilidad de estado estacionarioLa expresi贸n que se muestra a continuaci贸n da una potencia desarrollada por un generador G y un motor s铆ncrono M.

estado-estacionario-estabilidad-ecuaci贸n-1La siguiente expresi贸n da la potencia m谩xima generada por el generador G y el motor s铆ncrono M

estado estacionario-estabilidad-1Donde A, B y D son las constantes generalizadas de la m谩quina de dos terminales. La expresi贸n anterior dar谩 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 s铆ncrono conectado a una barra colectora infinita y funcionando a una velocidad constante. La potencia de entrada es igual a la potencia de salida m谩s las p茅rdidas. Si se agrega al motor el incremento m谩s peque帽o de la carga del eje, entonces la potencia del motor aumenta y la potencia de entrada del motor permanece sin cambios. As铆, el par neto del motor tiende a retardarlo y su velocidad cae temporalmente.

El retardo en el par reduce la velocidad del motor, el 谩ngulo de fase entre la tensi贸n interna del motor y la tensi贸n del sistema aumenta hasta que la potencia el茅ctrica de entrada es igual a la potencia de salida m谩s las p茅rdidas.

Durante el intervalo de potencia transitoria, siendo la entrada de potencia el茅ctrica al motor menor que la carga mec谩nica, el exceso de potencia requerido es suministrado por la energ铆a almacenada en el sistema giratorio. El motor oscila alrededor del equilibrio y puede finalmente detenerse o perder el sincronismo. El sistema tambi茅n pierde su estabilidad cuando se aplica una carga grande o cuando la carga se aplica demasiado repentinamente a la m谩quina.

La siguiente ecuaci贸n muestra la potencia m谩xima que puede desarrollar el motor. El valor de carga solo se puede obtener cuando el 谩ngulo de potencia (未) = 谩ngulo de carga (尾). Y la carga puede aumentar hasta que se alcance esta condici贸n. Despu茅s de esta condici贸n, si la carga aumenta, la m谩quina pierde su sincronismo y la sobrepotencia requerida.

El exceso de energ铆a provendr谩 de la energ铆a almacenada del sistema giratorio y la velocidad disminuir谩. M谩s y m谩s grande ser谩 la potencia, m谩s y m谩s peque帽o se desarrollar谩 el 谩ngulo hasta que el motor se detenga.

La diferencia entre la potencia desarrollada por el motor y el generador para cualquier valor de 未 es igual a las p茅rdidas de l铆nea. Si la resistencia y la admitancia de derivaci贸n de la l铆nea son despreciables, obtenemos la siguiente expresi贸n para la potencia transferida entre el alternador y el motor.

ecuaci贸n-de-estabilidad-de-estado-estable-3Donde, X 鈥 reactancia de l铆nea
VG – voltaje del generador
VM – voltaje del motor
未 鈥 脕ngulo de carga
PM – Potencia del motor
PG – Potencia del motor
Pmax 鈥 potencia m谩xima

M茅todos para mejorar el l铆mite de estado estacionario

La potencia m谩xima transferida entre un alternador y un motor es directamente proporcional al producto de la fem interna de las m谩quinas e inversamente proporcional a la reactancia de l铆nea. El l铆mite de estado estacionario aumenta debido a dos razones;

  1. Al aumentar la excitaci贸n de un generador o motor o ambos 鈥 La excitaci贸n aumenta la fem interna y en consecuencia aumenta la potencia m谩xima transferida entre las dos m谩quinas. Adem谩s, con el aumento del valor de los campos electromagn茅ticos internos, el 谩ngulo de carga 未 disminuye.
  2. Reduciendo la reactancia de transferencia 鈥 La reactancia se reduce aumentando la l铆nea paralela entre los puntos de transmisi贸n. El uso de un haz de conductores es el otro m茅todo para reducir la reactancia de la l铆nea. La reactancia tambi茅n se puede disminuir usando la capacitancia en serie con la l铆nea.

El capacitor en serie solo se usa en l铆neas EHV para aumentar la transferencia de energ铆a y son distancias m谩s econ贸micas de m谩s de 350 km.

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