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Generadores en paralelo 23/3/2020

ING, ROSA MARIA DIAZ H/ UNAH

Condiciones para operar en paralelo 1. Los voltajes de línea rms de los dos generadores deben ser iguales. 2. Los dos generadores deben tener la misma secuencia de fase. 3. Los ángulos de fase de las dos fases a deben ser iguales. 4. La frecuencia del generador nuevo, llamado generador en aproximación, debe ser un poco mayor que la frecuencia del sistema en operación. 23/3/2020

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Características de frecuencia-potencia y de voltaje-potencia reactiva de un generador síncrono Todos los generadores son accionados por un motor primario, que es la fuente de potencia mecánica del generador. El tipo mas común de motor primario es la turbina de vapor, pero hay otros tipos, que incluyen los motores de diesel, las turbinas de gas, las turbinas hidráulicas e incluso las turbinas de viento. Sin que importe la fuente original de potencia, todos los motores primarios tienden a comportarse de manera similar; a medida que la potencia que se toma de ellos se incrementa, la velocidad 23/3/2020

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Características de frecuencia-potencia y de voltaje-potencia reactiva de un generador síncrono a la que giran disminuye. Por lo general, este decremento de velocidad es no lineal, pero se incluye algún tipo de mecanismo regulador para que la disminución de la velocidad sea lineal con el incremento de la demanda de potencia.

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Características de frecuencia-potencia y de voltaje-potencia reactiva de un generador síncrono Cualquiera que sea el mecanismo regulador presente en el motor primario, siempre se ajusta para suministrar una característica de caída suave con el incremento en la carga. La siguiente ecuación define la caída de velocidad (SD, por sus siglas en ingles) en un motor primario SD = nsc – npc *100% (1) npc donde nsc es la velocidad del motor primario en vacio y npc es la velocidad del motor primario a plena carga. 23/3/2020

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Características de frecuencia-potencia y de voltaje-potencia reactiva de un generador síncrono La mayoría de los motores primarios tienen una caída de velocidad de 2 a 4%, como se define en la ecuación (1). Además, la mayoría de los mecanismos regulares contienen algún tipo de ajuste del punto fijado para permitir que varíe la velocidad de vacío de la turbina. En la figura 1 se muestra una grafica típica de la velocidad y la potencia. Debido a que la velocidad del eje esta relacionada con la frecuencia eléctrica resultante por medio de la ecuación

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Características de frecuencia-potencia y de voltaje-potencia reactiva de un generador síncrono

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Características de frecuencia-potencia y de voltaje-potencia reactiva de un generador síncrono

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Características de frecuencia-potencia y de voltaje-potencia reactiva de un generador síncrono

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Características de frecuencia-potencia y de voltaje-potencia reactiva de un generador síncrono Se recomienda revisar este video;

https://youtu.be/HS_YGZXP2xY

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Generadores en paralelo Cuando un generador síncrono se conecta a un sistema de potencia, a menudo el sistema de potencia es tan grande que ninguna de las acciones del operador del generador tendrá gran efecto en el sistema de potencia. Un ejemplo de esta situación es la conexión de un solo generador en la red de potencia de un sistema interconectado que es tan grande que ninguna acción razonable por parte del operador podrá causar un cambio observable en la frecuencia total de la red. 23/3/2020

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Bus Infinito Un bus infinito es un sistema de potencia tan grande que su voltaje y frecuencia no cambian sin importar qué tanta potencia real y reactiva se le demande o se le suministre. En la figura 1a) se muestra la característica de potencia-frecuencia de un sistema como éste y en la figura 1b) se puede ver su característica de potencia reactiva-voltaje.

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Bus Infinito

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Generador en paralelo con un Bus Infinito Cuando se conecta un generador en paralelo con otro generador o con un sistema grande, la frecuencia y voltaje en las terminales de todas las máquinas deben ser iguales. Por lo tanto, sus características de frecuencia-potencia real y de potencia reactiva voltaje se pueden dibujar en una graficar espalda con espalda, con un eje vertical en común. En la figura 2 se aprecia este tipo de grafico que a menudo se llama diagrama de casa. 23/3/2020

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Generador en paralelo con un Bus Infinito Si el generador esta en paralelo con la barra infinita, pero en lugar de tener una frecuencia un poco mas elevada que el sistema en operación, tiene una frecuencia un poco mas baja. Aqui la frecuencia en vacío del generador es menor que la frecuencia de operación del sistema. A esta frecuencia, la potencia que suministra el generador es en realidad negativa, es decir que funciona como motor. Esto es porque el generador debe ser capaz de suministrar sus pérdidas.

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Generador en paralelo con un Bus Infinito Una vez que se conecto el generador, si se incrementan los puntos de ajuste del mecanismo regulador resulta en un desplazamiento hacia arriba en la frecuencia en vacío del generador. Debido a que la frecuencia del sistema no cambia (la frecuencia de un bus infinito no puede cambiar), se incrementa la potencia suministrada por el generador. Esto se muestra en el diagrama de casa de la figura 3 a) y en el diagrama fasorial de la figura 3b).

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Generador en paralelo con un Bus Infinito Figura 3

Si la potencia de salida del generador se incrementa hasta que excede la potencia que consume la carga esa potencia extra generada fluirá de regreso al bus infinito, el bus infinito puede por definición suministrar o consumir cualquier cantidad de potencia sin cambiar la frecuencia, por lo que consume la potencia extra. 23/3/2020

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Generador en paralelo con un Bus Infinito En el caso de un generador conectado en paralelo con un BUS infinito, al incrementarse la corriente de campo resultará en un incremento en la Potencia Reactiva Generada, manteniendo la Potencia Activa constante.

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Generador en paralelo con un Bus Infinito Para resumir, cuando un generador opera en paralelo con un bus infinito: 1. El sistema al que se conecta el generador controla la frecuencia y voltaje en las terminales del generador. 2. Los puntos de ajuste del mecanismo regulador del generador controlan la potencia real suministrada al sistema por el generador. 3. La corriente de campo en el generador controla la potencia reactiva suministrada al sistema por el generador. 23/3/2020

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Operación de generadores en paralelo con otros generadores del mismo tamaño En la figura 4) se puede ver el sistema resultante si se conecta un generador en paralelo con otro del mismo tamaño. En este sistema la restricción básica es que la suma de las potencias real y reactiva que suministran los dos generadores deben ser iguales a la P y Q que demanda el sistema.

Figura No4 23/3/2020

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Operación de generadores en paralelo con otros generadores del mismo tamaño

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Para el caso que se muestra en la figura 5,, al subir la característica de velocidad del G2, sucederá lo siguiente: - PG1+PG2 = ´P’G1+P’G2= Ptotal - Subirá la frecuencia del Sistema de f1 a f2 - La carga se distribuirá de tal forma que el G2 tomara mas carga que G1, la suma se conservará igual.

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Operación de generadores en paralelo con otros generadores del mismo tamaño Similarmente, con la corriente de campo y el reactivo generado: Dos generadores operando en paralelo, y se incrementa la corriente de campo de G2, 1. Se incrementa el voltaje en las terminales del sistema. 2. Se incrementa la potencia reactiva Q suministrada por ese generador, a la vez que disminuye la potencia reactiva suministrada por el otro generador.

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Operación de generadores en paralelo con otros generadores del mismo tamaño La figura 4a) muestra dos generadores que alimentan una carga. El generador 1 tiene una frecuencia en vacío de 61.5 Hz y una pendiente sP1 de 1 MW/Hz. El generador 2 tiene una frecuencia en vacío de 61.0 Hz y una pendiente sP2 de 1 MW/Hz. Los dos generadores alimentan una carga real de 2.5 MW en total con un factor de potencia de 0.8 en retraso. En la figura 6 se observa el sistema de potencia-frecuencia resultante o diagrama de casa.

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Operación de generadores en paralelo con otros generadores del mismo tamaño a) .A que frecuencia opera este sistema y cuanta potencia suministra cada uno de los generadores? b) Supóngase que se añade una carga adicional de 1 MW al sistema de potencia. Cual será la nueva frecuencia del sistema y cuanta potencia suministraran ahora G1 y G2? c) Si el sistema mantiene la configuración descrita en el inciso b), .cual será la frecuencia del sistema y las potencias de los generadores si se incrementan en 0.5 Hz los puntos de ajuste del mecanismo regulador de G2? 23/3/2020

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Operación de generadores en paralelo con otros generadores del mismo tamaño La potencia que produce un generador síncrono con una pendiente dada y una frecuencia en vacío esta dada por la ecuación: P1 = SP1(fsc1 − fsis) P2 = SP2(fsc2 − fsis) En razón de que la potencia total suministrada por los generadores debe ser igual a la potencia consumida por las cargas, Pcarga = P1 + P2 Estas ecuaciones se pueden utilizar para contestar todas las preguntas planteadas.

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Operación de generadores en paralelo con otros generadores del mismo tamaño a) En el primer caso, ambos generadores tienen una pendiente de 1 MW/Hz, y G1 tiene una frecuencia en vacio de 61.5 Hz, mientras que G2 tiene una frecuencia en vacio de 61.0 Hz. La carga total es de 2.5 MW. Por lo tanto, la frecuencia del sistema se puede encontrar de la manera siguiente:

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Operación de generadores en paralelo con otros generadores del mismo tamaño

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Operación de generadores en paralelo con otros generadores del mismo tamaño

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Operación de generadores en paralelo con otros generadores del mismo tamaño

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Operación de generadores en paralelo con otros generadores del mismo tamaño En resumen, en el caso de dos generadores que operan juntos: 1. El sistema esta restringido a que la potencia total que suministran los dos generadores juntos sea igual a la cantidad consumida por la carga. Ni fsis ni VT están restringidos a ser constantes. 2. Para ajustar la repartición de potencia real entre los generadores sin cambiar fsis, se deben incrementar simultáneamente los puntos de ajuste del mecanismo regulador en un generador al mismo tiempo que se disminuyen los puntos de ajuste en el mecanismo regulador del otro generador. 23/3/2020

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Operación de generadores en paralelo con otros generadores del mismo tamaño La máquina cuyos puntos de ajuste del mecanismo regulador se incrementan alimentará mas carga. 3. Para ajustar fsis sin cambiar la repartición de potencia real, se deben incrementar o disminuir simultáneamente los puntos de ajuste del mecanismo regulador de los generadores. 23/3/2020

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Operación de generadores en paralelo con otros generadores del mismo tamaño 4. Para ajustar la repartición de potencia reactiva entre generadores sin cambiar VT, se debe incrementar de manera simultanea la corriente de campo de un generador a la vez que se disminuye la corriente de campo en el otro. La maquina cuya corriente de campo se incrementa alimentará mas carga reactiva. 5. Para ajustar VT sin cambiar la repartición de potencia reactiva, se deben incrementar o disminuir de manera simultanea las corrientes de campo de ambos generadores.

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TAREA Hacer los siguientes problemas:

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TAREA

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TAREA El motor primario de un generador síncrono trifásico de 480 V, 250 kVA, FP en retraso de 0.8, con dos polos y 60 Hz, tiene una velocidad en vacío de 3 650 r/min y una velocidad en plena carga de 3 570 r/min. Este generador opera en paralelo con un generador síncrono de 480 V, 250 kVA, 0.85 de FP en atraso, con cuatro polos y 60 Hz, cuyo motor primario tiene una velocidad en vacio de 1 800 r/min y una velocidad en plena carga de 1 780 r/min. Las cargas alimentadas por estos generadores son de 300 kW con un FP de 0.8 en retraso. a) Calcule las caídas de velocidad del generador 1 y el generador 2. b) Encuentre la frecuencia de operación del sistema de potencia. c) Encuentre la potencia suministrada por cada uno de los generadores en el sistema. d) .Que deben hacer los operadores del generador para ajustar la operación de la frecuencia a 60 Hz? e) Si VT es de 460 V, .que se debe hacer para corregir el voltaje tan bajo en las terminales?

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TAREA Tres generadores síncronos idénticos físicamente operan en paralelo. Los tres están dimensionados para una carga nominal plena de 100 MW con un FP de 0.8 en retraso. La frecuencia en vacio del generador A es de 61 Hz y la caida de velocidad es de 3.4%. La frecuencia en vacio del generador B es de 61.5 Hz y la caida de velocidad es de 3.4%. La frecuencia en vacio del generador C es de 60.5 Hz y la caida de velocidad es de 2.6%. a) Si este sistema de potencia alimenta una carga total de 230 MW, .cual es la frecuencia del sistema y como se repartira la potencia entre los tres generadores? 23/3/2020

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TAREA b) Dibuje una grafica que muestre la potencia suministrada por cada generador en función de la potencia total suministrada a todas las cargas (puede utilizar el MATLAB para elaborar esta gráfica).Con que carga se excederán los valores nominales del generador? Que generador excederá primero sus valores nominales? c) .La repartición de potencia del inciso a) es aceptable? Explique su respuesta. d) .Que acciones puede tomar un operador para mejorar la repartición de potencia real entre estos generadores? 23/3/2020

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