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• Santiago Giraldo Murcia

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Informe N°2: Control para flujo de potencia. Laura Melissa Cardona O; Santiago Giraldo Murcia; Sebastián Salazar González. Grupo n°1- Subgrupo n°1 Facultad de Ingeniería Eléctrica, Universidad Tecnológica de Pereira, Pereira, Colombia

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Abril 09 de 2019

Resumen-En esta práctica se evidencio la importancia de los reactivos en el sistema ya que estos controlan el nivel de tensión en los nodos para así mantenerlos dentro de los límites establecidos.

Para el siguiente sistema se tomarán los datos consignados y descritos en las siguientes tablas.

Palabras Clave- Flujo, Potencia, Control, Generador síncrono, SVC, STATCOM, HVDC.

I. INTRODUCCIÓN Un sistema de potencia es de suma importancia para las redes eléctricas, pero este puede presentar problemas debido a que la naturaleza de este no es lineal, esto se debe a que las cargas nunca son constantes, los generadores y los parámetros del sistema. En consecuencia, se debe mantener control de elementos como la tensión y la frecuencia que están muy ligados con la potencia reactiva y activa que se inyecta al sistema por medio de los generadores y algunos elementos que pueden consumir o entregar reactivos.

Tabla 1 Datos de las barras

II. PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA. • Inicie el programa Neplan e implemente el sistema IEEE de 9 barras de la Figura 1, con la información descrita en la Tabla 1-Tabla 3, teniendo en cuenta que el voltaje base es de 230kV en el lado de alta tensión y la potencia base es de 100MVA (La mayor parte de la información es tomada de [1]).

Tabla 2 Datos de los generadores

Tabla 3 Datos de los tramos

Figura 1 Sistema IEEE de 9 nodos.

Tabla 4 Datos de los transformadores

• A partir del caso base crear las siguientes subvariantes: Para el caso base de la practica n°1 creamos las siguientes subvariantes “LimitesG2; LimitesG3; Compensación; Taps” después de creada esta última subvariante crearemos una subvariante allí con el nombre de “Taps_2”. Del caso base tenemos la siguiente información: Figura 2 Vn4= 102,58% PgenSLACK= 71,641[MW] QgenSLACK= 27,0646 [MVar]

Figura 4 Perdidas:

• En la sub-variante “limitesG3”, editar los límites de generación de potencia reactiva generada por el generador G3. Qmín=-7Mvar y Qmás=7Mvar. Identifique cuanto es la potencia reactiva generada por el generador G1, G2 y G3, identifique el valor de las pérdidas de potencia activa y reactiva del sistema

Figura 2 • Identifique cuanto es la potencia reactiva generada por el generador G2 y reactiva absorbida por el generador G3, identifique el valor de pérdidas de potencia activa y reactiva del sistema QgenG2= -6,638 [MVar] QgenG3= 10,827 [MVar]

Figura 3 • En la sub-variante “limitesG2”, editar los límites de generación de potencia reactiva generada por el generador G2. Qmín=-3Mvar y Qmás=3Mvar. Identifique cuanto es la potencia reactiva generada por el generador G1, G2 y G3, identifique el valor de las pérdidas de potencia activa y reactiva del sistema

Psist= 4,691 [MW] Qsist= -90,725[MVar]

Figura 5 Perdidas:

Psis= 4,617[MW] Qsis= -93,243[MVar]

• Qué pasa con las pérdidas de potencia activa y reactiva en “limitesG2’’ y “limitesG3” respecto al caso base, a que se debe estos cambios. Al fijar las potencias reactivas de los generadores G2 y G3 (Figura 4 y Figura 5) podemos observar que debido a esto la tensión en los nodos cambia del generador respectivo donde se fijó los límites de potencia reactiva debido a que esta es indispensable para mantener los niveles de tensión y el factor de potencia por ende también se ve un poco afectada la potencia activa. Entre menos potencia reactiva halla en el sistema es mucho mejor ya que esta ocupa un “espacio” necesario para transportar la potencia activa, donde esta es la más importante dentro del debió a que ella es la requerida por los usuarios finales. • En el caso de limitesG3 respecto al caso base, cuanto es la potencia reactiva total generada en ambos casos, que pasa con la diferencia de potencia reactiva total generada en ambos casos. Donde se ve reflejada esta diferencia en el caso limiteG3.

Comparando el exceso de reactivos en el sistema entre el caso base (Figura 3) y limiteg3 (Figura5) tenemos un pequeño exceso de reactivos debido a que la potencia que puede consumir el generador 3 se limitó y paso a consumir 3.827 MVar lo cual se deja en el sistema y aumenta las tensiones en los nodos y reduce en cierta media las pérdidas de potencia activa debido a que en las líneas está circulando más reactivos.

en el caso anterior pero negativa. Corra el flujo de potencia y observe que la tensión se encuentra en el valor deseado.

• Para el caso limiteG3, qué efectos trae en el sistema el exceso de reactivos (comparar respecto al caso base y justifique) El exceso de reactivos se ve reflejado en el sistema, en la variable de estado que se afecta con estos, la tensión en los nodos. • En la sub-variante “Compensación” aumente el valor de la demanda al doble, tanto en potencia activa como en reactiva. Observe que la tensión en el nodo 5 es de 87,11%. El objetivo es elevar la tensión de este nodo al 95%, para esto aumente el tamaño del nodo y conecte una maquina síncrona, asígnele la clasificación de PV, con una tensión de operación de 95% y una potencia de generación igual a cero. La tensión nominal debe ser igual a la tensión en el nodo en kV y en la potencia aparente nominal asigne un valor grande y un factor de potencia nominal de 0,9. Posteriormente, corra el flujo de potencia y observe que el nodo opera a la tensión objetivo. Además, observe la potencia reactiva generada por la maquina síncrona, esta potencia es la que se requiere para elevar la tensión al valor requerido, verifique que este valor sea de 69,004 Mvar.

Figura 7 • Para la sub-variante taps, en este caso incremente la demanda al doble. Corra el flujo de carga y observe la tensión en el nodo 4 y 5. Justifique la causa del valor de tensión en dichos nodos. Una vez realizado el cambio en las demandas crear a partir de este la sub-variante taps_2.

Figura 8 • Partiendo de la sub-variante taps. Configurar el valor del tap en el transformador conectado al Slack. Se debe tener en cuenta que el devanado 1 en NEPLAN se va a conectar al nodo de alta y el devanado 2 al nodo de baja. Ajuste el valor del tap actual de acuerdo a los parámetros de la Tabla 5.

Aplicando lo mencionado anteriormente podemos llevar la tension en el nodo al 95% (Figura 6)

Tabla 5 Configuración de Tap

Figura 6 • Este generador será reemplazado por un banco de capacitores que inyecte la potencia reactiva necesaria para controlar la tensión en el valor deseado. Para esto, conecte una carga al nodo 5 y deshabilite la maquina síncrona. Asigne a la carga una potencia reactiva igual a la obtenida

Gradúe manualmente el valor del tap actual hasta obtener una tensión en el nodo 4 de 100%. Cual fue el valor del tap y la tensión obtenida en los nodos 4 y 5?. Tap=13 Voltaje nodo 4 100.04 % Voltaje nodo 5 91.49 %

• Ahora el proceso se realizará con el cambio automático del tap, para esto realice lo siguiente: presionar ALT+P y en la ventana parámetros flujo de carga habilite la opción Actualizar tap oper con valores calc. Luego en la configuración de regulación del transformador habilite la opción cambiar tap bajo carga y adicionalmente colocar el voltaje objetivo de (Vobj %) de 102%. También habilite la opción Secundario o Primario (según donde esté conectado el nodo 4) en el recuadro Nodo Voltaje Controlado. Ejecutar de nuevo el flujo de carga y observar que el tap haya cambiado de valor y adicionalmente la tensión en los nodos 4 y 5 esté dentro de los límites de operación. Indique el valor del tap y explique por qué el voltaje en el nodo controlado del transformador no es exactamente igual al voltaje objetivo.

debe variar cada tap para garantizar el mismo flujo de potencia por ambos transformadores?

Figura 10 Los transformadores al ser iguales misma características constructivas se deben cargar igual o casi igual y como se evidencia los transformadores alcanzan un valor de cargabilidad semejante. Esta también varia debido a que el tap de los transformadores no se encuentra en la misma posición o otra forma de interpretarlo es que un transformador visto desde la red tiene impedancia diferente al otro debido a los valores del delta V% se da esto. Por ende, el de menor impedancia es que se va cargar primero que el otro. Si usamos vamos variando el tap para que los transformadores alcancen valores de cargabilidad semejante obtenemos los siguiente.

Figura 9 Tap= 18 Voltaje nodo 4 101.83% Voltaje nodo 5 93.04 % El valor del voltaje objetivo es de 102% y al correr el flujo de carga nos da 101.83% (Figura 9)un valor muy cercano al objetivo. Esto se debe a que no se puede inyectar más reactiva porque por un lado ocupan espacio en las líneas lo cual disminuiría la potencia activa que se desea trasportar y afectaría todas las tensiones en los nodos, por lo tanto neplan nos da la solución optima para el sistema presentado. Garantizando las menores perdidas. • Partiendo de la sub-variante taps_2. Crear una copia del transformador conectado al nodo Slack, conectar dicho transformador en paralelo. Para uno de los transformadores realice la configuración de la Tabla 5, con un tap actual de 4 y para el otro realice la misma configuración cambiando Delta V%=1 y tap actual de 0. En los límites del transformador habilite en ambos la opción Evaluación según Sr y establezca un límite de 220 MVA. Ejecute el flujo de carga y observe los flujos de potencia activa, reactiva y la cargabilidad en ambos transformadores, explique lo sucedido. Adicionalmente como

Figura 11

• Habilite la opción de cambiar tap bajo carga para ambos transformadores ajuste un Vobj% de 105 para ambos, por último habilite la opción Actualizar tap oper con valores calc en la ventana parámetros de flujo de carga (Figura 2). Ejecute de nuevo el flujo de carga y observe los resultados para cada transformador. Repita el procedimiento cambiando del Vobj a 100% para ambos transformadores y observe los resultados nuevamente.

Figura 15 Perdidas del sistema P=173.994 MW Q=1040.652MVar Figura 12

• Implemente en NEPLAN el sistema DC de la siguiente figura.

A partir de la sub-variante Taps, cree otra sub-variante llamada “Control remoto”, en ésta, utilice el control remoto de tensión del transformador Tr3, para incrementar la tensión en el nodo 5 a 0.95 p.u. Para esto utilice un DeltaV =5%, Tap min=-10; Tap max=10. Analice el valor de tensión obtenido en el nodo 5 . Figura 16

Figura 17 Perdidas del sistema *Perdidas Rectificador P=0 Q=1195.944MVar*2 *Perdidas linea DC P=135 MW *Perdidas inversor P=0 Q=1300,388 MVar*2

Figura13 • Implemente en NEPLAN el sistema AC de la siguiente figura.

Figura 14

Si observamos las peridas en el sistema AC y DC podemos concluir que por potencia activa es mejor la transmision en DC, pero, si vemos la potencia reactiva son mayores en AC pero estas nos son de suma importancia ya que lo que se cobra y lo que necesita de un energetico primaria para generarse el la potencia activa y se observa que en la DC la empresa no perderia tanto de esta. Pero la implementacion de la linea DC es mucho mas costosa y necesita un poco mas de componentes en su sistema. En el caso donde los paises tuvieran diferentes frecuencias en la conexión AC seria ilogico hacer la interconexion entre los dos paises. Pero en la DC abria un posibilidad mas biable de poder hacer la interconexion por medio de dispositivos de electronica de potencia, debido a que la transmision de realiza en DC

III. CONCLUSIONES Con esta practica donde se simula un sistema de 9 nodos se somete a distintas condiciones como elevar la carga, inyectar reactivos entre otros casos. Donde vemos la importancia de cada componente del sistema para que este funcione como se debe. Se nota como el sistema se puede desbalancear repentinamente por lo cual es necesario tener elementos de control tales como taps, inyección y consumo de reactivos. Dado que como observamos estos son variables de estado que están muy ligados con potencia activa, reactiva, tension y angulo de fase del sistema. IV. REFERECIAS [1]. P. M. Anderson, A. A. Fouad, “Power System Control and Stability”, Science Press, Iowa, 1977, Volume I. [2] Guia de laboratorio Control de flujo de potencia. [3] http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/70611/fichero/07+C4+ Estabilidad+de+voltaje+en+el+SIN.pdf