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• Erick Santiago

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FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Eléctrica

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

PRÁCTICA N°1 1. TEMA ANÁLISIS DE SENSITIVIDAD DE GENERADORES SINCRÓNICOS

2. OBJETIVO 2.1. Analizar la sensitividad del flujo de potencia activa y reactiva desde un generador sincrónico hacia una barra infinita con respecto a una variación de la potencia mecánica y la corriente de campo.

3. TRABAJO PREPARATORIO 3.1. Deducir las ecuaciones de potencia activa y reactiva entregadas por un generador sincrónico de rotor cilíndrico hacia una barra infinita, incluyendo las pérdidas de potencia en la resistencia de armadura. 3.2. Deducir las ecuaciones de potencia activa y reactiva entregadas por un generador sincrónico de rotor de polos salientes hacia una barra infinita. 3.3. Consultar acerca de los lugares geométricos de corriente de campo constante y potencia mecánica constante en generadores sincrónicos de rotor cilíndrico.

4. PROCEDIMIENTO 4.1. Ingresar al programa DIgSILENT Power Factory. 4.2. Crear el proyecto: “P1_SEP_APELLIDO.pfd”. 4.3. Graficar el sistema de potencia de la Figura 1 y modelar el generador sincrónico con los parámetros mostrados en la Tabla 1.

GENERADOR

~ SG

DIgSILENT

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

BARRA

BARRA INFINITA

Figura 1. Sistema de prueba Tabla 1. Parámetros del generador sincrónico

Potencia Nominal Capacidad efectiva Potencia Reactiva Factor de potencia Voltaje nominal Tipo de Conexión Resistencia de armadura Secuencia cero Secuencia negativa

MVA MW max MVAr min MVAr (-) kV

Ra X0 X2 Xd Reactancias Sincrónicas Xq Reactancia Transitoria Xd' Xd'' Reactancias Substranstransitorias Xq'' Constante transitoria c.c. Tdo' Tdo'' Constantes Subtransitorias c.c. Tqo'' Constante de Inercia H

p.u. p.u. p.u. p.u. p.u. p.u. p.u. p.u. s s s s

127,7 115 60 60 0,9 13,8 YN 0,00265 0,15 0,211 1,0225 0,6334 0,2805 0,195 0,2404 6,95 0,0459 0,14 3,133

4.4. Definir la barra infinita como SL con voltaje 1∠0°. 4.5. Definir el generador sincrónico como PQ y despachar 𝑃 = 50 𝑀𝑊 y 𝑄 = 5 𝑀𝑉𝐴𝑟. 4.6. Ejecutar un flujo de potencia considerando límites de potencia reactiva, verificar que no existan errores. 4.7. En la barra de tareas de DIgSILENT Power Factory seleccionar: “Edit Result Variables”

4.8. Aparece una nueva ventana, seleccionar: “New Object”

4.9. Aparece la ventana “Variable Selection”, donde:

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

1

2

5 3

4

4.10. Posterior a seleccionar “OK”, se despliega la ventana, en la cual se debe seleccionar la pestaña “RMS Simulation”.

4.11.

En la pestaña “Variable Set” escoger:

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

4.12. “Signals” y seleccionar: 𝑣𝑒, 𝑝𝑡 y 𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑. 4.13. “Currents, Voltages and Powers” y seleccionar: 𝑃𝑠𝑢𝑚: 𝑏𝑢𝑠1 y 𝑄𝑠𝑢𝑚: 𝑏𝑢𝑠1. 4.14. “Calculation parameter” y seleccionar: 𝑓𝑖𝑟𝑜𝑡.

4.15. En la barra de tareas seleccionar: “Insert New Object”

4.16.

Cambiar el nombre a “Potencias”, seleccionar “Virtual Instrument Panel” y ejecutar.

4.17.

Se crea una nueva hoja, sobre la cual serán graficadas en el dominio del tiempo las variables a analizar.

4.18.

En la barra de tareas, de la hoja creada: 1 2 3

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

4.19. Doble selección sobre el grafico superior, aparece la ventana “SubPlot”, donde:

2

3

1

3

1 2

1 2

3

4.20

Repetir 16 con doble selección en el gráfico inferior y seleccionar la potencia reactiva.

4.21

Repetir los pasos 12 a 16, nombrando la hoja como “Ángulo” y graficar 𝑓𝑖𝑟𝑜𝑡.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

4.22

Repetir los pasos 12 a 16, nombrando la hoja como: “Variables”, creando tres gráficos en la misma y asignar independientemente las variables: 𝑣𝑒, 𝑝𝑡 y 𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑.

4.23. VARIACIÓN DE LA POTENCIA MECÁNICA, SIN CAMBIAR LA CORRIENTE DE CAMPO 4.23.1. En la hoja del diagrama unifilar: 1

2 4

3

4.23.2. En la ventana “Parameter Event”: a. Selección del generador (1). b. Escritura de la variable a ser modificada, en este caso la Potencia Mecánica del generador (2). c. Nuevo valor de la variable, por ejemplo 1.2 (3). 4

1 2 3

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA 4.23.3. El evento creado, puede modificarse, al seleccionar “Edit Simulation Events” en la barra de tareas.

4.23.4 En la barra de tareas seleccionar “Calculation of Initial Conditions” y configurar lo indicado.

4.23.5 Ejecutar condiciones iniciales y verificar cualquier advertencia o mensaje de error en la ventana de salida. 4.23.6 En la barra de tareas seleccionar “Run Simulation” y escribir el tiempo de duración de la simulación, por ejemplo 30 segundos, y Ejecutar.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA 4.23.7 Verificar que la simulación haya terminado en la parte inferior de la ventana de DIgSILENT Power Factory.

4.23.8 En la barra de tareas de las hojas donde se grafican las variables de resultados, seleccionar: “Scale x-Axes automatically” y “Scale y-Axes automatically” 4.23.9 Analizar las curvas obtenidas. 4.23.10 Para realizar una nueva simulación, en la barra de tareas seleccionar “Reset Calculation”.

4.23.11 Cambiar el nuevo valor de la Potencia Mecánica y realizar nuevamente la simulación. Analizar las curvas obtenidas.

4.24.

VARIACIÓN DE LA CORRIENTE DE CAMPO SIN CAMBIAR LA POTENCIA MECÁNICA

4.24.1 En la barra de tareas seleccionar “Edit Simulation Events”, donde: a. Escritura de la variable a ser modificada, en este caso el Voltaje de Excitación del generador (3) b. Nuevo valor de la variable, por ejemplo 1.9 (4) 1

2

5

3 4

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA 4.24.2 Repetir los pasos de 4 a 8 del procedimiento anterior para obtener la simulación. 4.24.3 Analizar las curvas obtenidas. 4.24.4 Resetear los cálculos, cambiar el nuevo valor del Voltaje de Excitación y realizar nuevamente la simulación, analizar las curvas obtenidas.

5

INFORME

5.1.

Analizar y presentar los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio.

5.2.

Resolver analíticamente: El generador sincrónico de la práctica opera en condiciones nominales, entregando su potencia a una barra infinita. a. Encontrar 𝑃, 𝑄, 𝐸 y 𝛿. b. Incrementar un porcentaje de la potencia mecánica, encontrar 𝑃, 𝑄, 𝐸 y 𝛿, considerando que 𝐼𝐹 no cambia. c. Incrementar un porcentaje de la corriente de campo, encontrar 𝑃, 𝑄, 𝐸 y 𝛿, considerando que la potencia mecánica no cambia.

5.3.

En DIgSILENT Power Factory, variar la potencia mecánica en el porcentaje indicado y simular para 60 segundos. Comparar los resultados obtenidos de 𝑃 y 𝑄 con los encontrados en 2.b.

5.4.

En DIgSILENT Power Factory, variar el voltaje de excitación en el porcentaje indicado y simular para 60 segundos. Comparar los resultados obtenidos de 𝑃 y 𝑄 con los encontrados en 2.c.

5.5.

Presentar conclusiones y recomendaciones

5.6.

Bibliografía

5.7.

Anexos

6

REFERENCIAS

6.1.

Manual de Usuario del Programa DIGSILENT Power Factory

6.2.

KUNDUR, Prabha, “Power System Stability and Control”, McGraw – Hill, New York, 1994.

6.3.

ANDERSON P., FOUAD A., “Power System Control and Stability”, IEEE Press, New York, 1993.

Elaborado por: Ing. Daniel Orbe

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA Revisado por:

Dr. Hugo Arcos Jefe de Laboratorio de Sistemas Eléctricos de Potencia

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Eléctrica

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

PRÁCTICA N°2 1. TEMA ANÁLISIS DE SENSITIVIDAD DE TRANSFORMADORES CON TAPS

2. OBJETIVO 2.1.

Analizar la sensitividad del flujo de potencia activa y reactiva en un transformador con respecto a una variación de la posición del tap.

3. TRABAJO PREPARATORIO 3.1 Deducir las ecuaciones de potencia activa y reactiva a través de un transformador considerando que el transformador tiene cambiador de taps 𝑡 y una reactancia de cortocircuito 𝑋𝑇 , para los siguientes casos: a) Reactancia y tap en el lado de alto voltaje. b) Reactancia y tap en el lado de bajo voltaje. c) Reactancia en el lado de alto voltaje y tap en el lado de bajo voltaje. d) Reactancia en el lado de bajo voltaje y tap en el lado de alto voltaje. 3.2 Consultar acerca de los distintos tipos de transformadores con taps y la manera de efectuar el cambio de taps. 3.3 Consultar acerca de los transformadores cambiadores de fase (Phase Shifting Transformers). Principio de funcionamiento, aspectos constructivos y aplicaciones en sistemas eléctricos de potencia.

4. MARCO TEÓRICO La modelación del transformador con taps en DIgSILENT Power Factory, se realiza de conforme a lo indicado en la siguiente figura.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

Crear el proyecto: “P2_SEP_APELLIDO.pfd”.

5.3.

Graficar el sistema de potencia de la Figura 1.

3

~ SG

TRANSFORMADOR

BARRA INFINITA

BARRA_H

5.2.

BARRA_L

Ingresar al programa DIgSILENT Power Factory.

GENERADOR

5.1.

DIgSILENT

5. PROCEDIMIENTO

Figura 1. Sistema de prueba

5.4.

Modelar el generador sincrónico con los parámetros mostrados en la Tabla 1. Tabla 2. Parámetros del generador sincrónico

Potencia Nominal Capacidad efectiva Potencia Reactiva Factor de potencia Voltaje nominal Tipo de Conexión Resistencia de armadura Secuencia cero Secuencia negativa Reactancias Sincrónicas

5.5.

MVA MW max MVAr min MVAr kV Ra X0 X2 Xd Xq

p.u. p.u. p.u. p.u. p.u.

127,7 115 60 60 0,9 13,8 YN 0,00265 0,15 0,211 1,0225 0,6334

Modelar el transformador con los parámetros mostrados en la Tabla 2. Tabla 3. Parámetros del transformador de potencia

Potencia Nominal MVA 134 Frecuencia Hz 60 Alto voltaje kV 230 Bajo voltaje kV 13,8±2*2,5% Tipo de Conexión YNd1 Impedancia de cortocircuito % 13,01274 Pérdidas en el cobre kW 348,0624 Pérdidas en vacío kW 52

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

5.6.

Definir el generador como PQ y asignar 𝑃 = 80 𝑀𝑊 y 𝑄 = 20 𝑀𝑉𝐴𝑟.

5.7.

Definir la barra infinita como SL con voltaje 1∠0°.

5.8.

Ejecutar un flujo de potencia considerando límites de potencia reactiva, verificar que no existan errores.

5.9.

Realizar variación de la posición del tap y analizar las curvas obtenidas.

6. INFORME 6.1.

Presentar los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio.

6.2.

En DIgSILENT Power Factory, cambiar el valor del paso de cada tap en el valor indicado en el modelo del transformador, realizar simulaciones de flujos de potencia, tabular las variables más importantes. Analizar los resultados.

6.3.

Utilizando los datos del sistema del literal 2 resolver analíticamente y encontrar los voltajes, ángulos, potencias activas y reactivas de las barras del sistema. Comparar con los resultados del literal anterior.

6.4.

En DIgSILENT Power Factory, cambiar el valor la impedancia de cortocircuito del transformador en el valor indicado en el modelo del transformador, realizar simulaciones de flujos de potencia, tabular las variables más importantes. Analizar los resultados.

6.5.

Utilizando los datos del sistema del literal 4 resolver analíticamente y encontrar los voltajes, ángulos, potencias activas y reactivas de las barras del sistema. Comparar con los resultados del literal anterior.

6.6.

Presentar conclusiones y recomendaciones

6.7.

Bibliografía

6.8.

Anexos

7. REFERENCIAS 7.1.

Manual de Usuario del Programa DIGSILENT Power Factory

7.2.

KUNDUR, Prabha, “Power System Stability and Control”, McGraw – Hill, New York, 1994.

7.3.

ANDERSON P., FOUAD A., “Power System Control and Stability”, IEEE Press, New York, 1993.

Elaborado por: Ing. Daniel Orbe

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA Revisado por:

Dr. Hugo Arcos Jefe de Laboratorio de Sistemas Eléctricos de Potencia

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Eléctrica

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

PRÁCTICA N°3 1. TEMA ANÁLISIS DE SENSITIVIDAD EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

2. OBJETIVO 2.1.

Analizar la sensitividad del flujo de potencia activa y reactiva a través de una línea de transmisión con respecto a una variación en la magnitud del voltaje de envío y en el ángulo del voltaje de envío.

3. TRABAJO PREPARATORIO 3.1. 3.2. 3.3. 3.4.

Deducir las ecuaciones de potencia activa y reactiva a través de una línea de transmisión con modelo π. Realizar un análisis variacional con respecto al voltaje de envío y al ángulo del voltaje de envío. Consultar acerca de las restricciones en la transmisión de potencia activa y reactiva a través de una línea de transmisión. Consultar acerca de los dispositivos FACTS en sistemas de potencia y el efecto que estos producen en los limitantes de la transmisión de potencia activa y reactiva a través de líneas de transmisión

4. PROCEDIMIENTO

DIgSILENT BARRA INFINITA

LINEA 1 LINEA 138 - ACAR 1200MCM

~ SG

GENERADOR

4

TRANSFORMADOR PST PST

BARRA 3

BARRA 2

Ingresar al programa DIgSILENT Power Factory. Crear el proyecto: “P3_SEP_APELLIDO.pfd”. Graficar el sistema de potencia de la Figura 1. BARRA 1

4.1. 4.2. 4.3.

LINEA 2 LINEA 138 - ACAR 1200MCM

Figura 1. Sistema de prueba

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

4.4.

Modelar el generador sincrónico con los parámetros mostrados en la Tabla 1. Tabla 4. Parámetros del generador sincrónico

Potencia Nominal Capacidad efectiva

MVA MW max MVAr min MVAr

Potencia Reactiva Factor de potencia Voltaje nominal Tipo de Conexión Resistencia de armadura Secuencia cero Secuencia negativa Reactancias Sincrónicas

4.5.

kV Ra X0 X2 Xd Xq

p.u. p.u. p.u. p.u. p.u.

127,7 115 60 60 0,9 138 YN 0,00265 0,15 0,211 1,0225 0,6334

Modelar el transformador con los parámetros mostrados en la Tabla 2. En DIgSILENT Power Factory y asegurarse que el lado de bajo voltaje del transformador corresponda a la BARRA 2. Tabla 5. Parámetros del transformador PST

Potencia Nominal MVA 200 Frecuencia Hz 60 Alto voltaje kV 138 Bajo voltaje (cambiador de fase) kV 138±2*3° Tipo de Conexión YNyn0 Impedancia de cortocircuito % 0,00000001 Pérdidas en el cobre kW 0 Pérdidas en vacío kW 0

4.6.

Modelar las líneas de transmisión con los parámetros mostrados en la Tabla 3.

4.7. 4.8.

Longitudes: Línea 1: 25 km Línea 2: 50 km Tabla 6. Parámetros L/T 138 kV

Voltaje nominal Capacidad de corriente r1, r2 r0 x1, x2 x0 b1, b2 b0

4.7.

[kV] [kA] [ohm/km] [ohm/km] [ohm/km] [ohm/km] [uS/km] [uS/km]

138 0,957 0,055422 0,660139 0,487361 1,889661 3,474652 1,554638

Definir el generador como PV y asignar 𝑃 = 100 𝑀𝑊 y 𝑉 = 1 𝑝. 𝑢.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA 4.8.

Definir la barra infinita como SL con voltaje 1∠0°.

4.9.

Establecer el tap del transformador en la posición neutral.

4.10.

Ejecutar un flujo de potencia considerando límites de potencia reactiva, verificar que no existan errores.

4.11.

Variación de la magnitud del voltaje de envío

4.12.

Variación del ángulo del voltaje de envío

5. INFORME 5.1.

Analizar y presentar los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio.

5.2.

En DIgSILENT Power Factory, para un sistema radial simple propuesto por cada estudiante (generación-transmisión-barra infinita), variar el voltaje de envío desde 0,85 a 1,15 p.u. en pasos de 0,05, obteniendo para cada simulación de flujos de potencia los datos de la potencia activa y reactiva en ambos extremos de la línea. Graficar y analizar estos resultados.

5.3.

Realizar los cálculos necesarios manualmente partiendo de los datos y sistema propuesto en el literal 2 para una de las variaciones de voltaje. Comparar y analizar los resultados obtenidos con los simulados en DIgSILENT Power Factory.

5.4.

Señalar ventajas y desventajas de cambiar la magnitud del voltaje de envío en una línea de transmisión.

5.5.

En DIgSILENT Power Factory, mediante simulaciones en el dominio del tiempo, analizar el efecto de una variación en el ángulo del voltaje de envío en un sistema de potencia mallado el cual debe ser propuesto por cada estudiante.

5.6.

Consultar acerca de otros métodos para variar el ángulo de fase del voltaje de envío en una línea de transmisión.

5.7.

Presentar conclusiones y recomendaciones

5.8.

Bibliografía

5.9.

Anexos

6. REFERENCIAS 6.1.

Manual de Usuario del Programa DIGSILENT Power Factory

6.2.

KUNDUR, Prabha, “Power System Stability and Control”, McGraw – Hill, New York, 1994. ANDERSON P., FOUAD A., “Power System Control and Stability”, IEEE Press, New York, 1993.

6.3.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA Elaborado por: Ing. Daniel Orbe Revisado por:

Dr. Hugo Arcos Jefe de Laboratorio de Sistemas Eléctricos de Potencia

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Eléctrica

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

PRÁCTICA N°4 1. TEMA ANÁLISIS DE SENSITIVIDAD EN SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

2. OBJETIVO 2.1.

Analizar la sensitividad de un sistema eléctrico de potencia de prueba frente a cambios de potencia activa y reactiva de generación y carga, así como de taps de transformadores.

3. PROCEDIMIENTO

Load C

DIgSILENT

Ingresar al programa DIgSILENT Power Factory. Importar el proyecto: “P4_SEP.pfd”. Es el Sistema IEEE de Nueve Barras con la adición de un transformador con cambiador de taps para la conexión de la Carga A.

Line 3

Line 4

T2

G ~ Bus 3

Bus 9

Line 5

Bus 8 Line 2

Bus 7

Bus 2

Line 1

Line 6

Bus 6 TRANSFORMADOR TAP

Bus 5

Load B

BUS 10 Bus 4

T1

Load A

Bus 1

G ~ G1

Figura 1. Sistema de IEEE de Nueve Barras

G3

T3

~ G

G2

3.1. 3.2.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA 3.3.

SENSITIVIDAD POR FLUJOS DE POTENCIA

3.3.1

Ejecutar un flujo de potencia.

3.3.2

Analizar el estado de todo el sistema de potencia para la condición operativa por defecto.

3.3.3

Incrementar 1 𝑀𝑊 en el despacho del generador 2.

3.3.4

Ejecutar un flujo de potencia.

3.3.5

Analizar las variaciones de voltajes y ángulos en barras de todo el sistema ante este incremento en la potencia de generación.

3.3.6

Definir el generador 2 como PQ y realizar el procedimiento anterior analizando ahora el sistema ante un cambio en la Potencia Reactiva.

3.4.

MÓDULO SENSITIVIDAD DE SISTEMAS DE POTENCIA EN DIgSILENT POWER FACTORY

3.4.1. Acceder al módulo de Sensitividad. En la barra de tareas:

1

2

3.4.2. Seleccionar “Load Flow Sensitivities”.

3.4.3. Mantener las opciones por defecto de este módulo y ejecutar la simulación.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

3.4.4. Filtrar los objetos del sistema, a fin de observar los resultados de la solución del flujo de potencia. En este caso la selección de variables debe realizarse en la pestaña “AC Load Flow Sensitivities”.

3.4.5. Analizar los resultados obtenidos en todos los elementos del sistema de potencia.

4. INFORME 4.1.

Analizar y presentar los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA 4.2.

En DIgSILENT Power Factory, incrementar en un porcentaje indicado, las cargas del sistema y efectuar un análisis de sensitividad mediante flujos de potencia. Analizar los resultados.

4.3.

Presentar conclusiones y recomendaciones

4.4.

Bibliografía

4.5.

Anexos

5. REFERENCIAS 5.1.

Manual de Usuario del Programa DIGSILENT Power Factory

5.2.

KUNDUR, Prabha, “Power System Stability and Control”, McGraw – Hill, New York, 1994. ANDERSON P., FOUAD A., “Power System Control and Stability”, IEEE Press, New York, 1993.

5.3.

Elaborado por: Ing. Daniel Orbe Revisado por:

Dr. Hugo Arcos Jefe de Laboratorio de Sistemas Eléctricos de Potencia

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Eléctrica

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

PRÁCTICA N°5 1.

TEMA MONITOREO Y CONTROL DEL SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA DEL LABORATORIO

2. 2.1 2.2 2.3

3.

OBJETIVOS Estudiar un Sistema Eléctrico de Potencia formado con elementos de laboratorio. Estudiar el comportamiento del generador cuando se encuentra en paralelo con una barra infinita, después del aumento, disminución y desconexión de la carga. Aprender el manejo de un Sistema SCADA asociado a un Sistema Eléctrico de Potencia del Laboratorio.

MARCO TEÓRICO

El estudio de grandes sistemas eléctricos de potencia, desde el punto de vista cuantitativo, obliga a una representación clara de las características y elementos que conforman al sistema de potencia. Se puede distinguir dos diferentes modos de representación: • Individual: Cada Componente y su operación. • Integral: Comportamiento del sistema en su forma global. Esto permitirá estudiar en condiciones normales y anormales al sistema eléctrico de potencia del Laboratorio (Figura 1.1).

Figura 1.1sistema eléctrico de potencia del Laboratorio.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

4.

TRABAJO PREPARATORIO

4.1 4.2 4.3

Dibuje y describa el interfaz de programa M_SCADA. Consultar sobre la adquisición de datos de Modulo de sistema SCADA Consultar el procedimiento y las condiciones necesarias para conectar generador con la red en paralelo. Consultar de qué manera se debe variar la potencia activa y reactiva cuando un generador está conectado a una barra infinita. Consultar sobre Sistemas SCADA enfocados a los sistemas eléctrico de Potencia Consultar sobre las conexiones y la operación de módulo de sistema SCADA. Preparar la hoja de datos de acuerdo a cada instructor.

4.4 4.5 4.6 4.7

5. EQUIPO Y MATERIALES • • • • • • • • •

1 Grupo Máquina motriz - Generador Sincrónico. 1 Medidor de velocidad. 1 Voltímetro de corriente directa. 1 Amperímetro de corriente directa. Reóstatos. Módulo de Líneas de Transmisión. Módulo SCADA. Laptop (Con el Software M_SCADA). Cables.

6. PROCEDIMIENTO 6.1 6.2

Armar el circuito necesario para operar la máquina sincrónica como generador. Armar el circuito para poner en paralelo un generador sincrónico con la barra de la EEQ (Figura 1.2); considerando las condiciones necesarias para la sincronización de los sistemas.

Figura 1.2 Conexión 1 para el Módulo SCADA

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA 6.3

Realizar el procedimiento anterior para los tres puntos de sincronización que se pueden realizar con el módulo SCADA (Figura 1.3)

Figura 1.3 Puntos de sincronización del módulo SCADA.

6.4

6.5

6.6

6.7

Variar la corriente de campo con el fin de obtener las curvas V del generador, para dos pasos de potencia y tomar datos de: corriente de campo y corriente de armadura. Conectar carga en varios pasos, al sistema, y observar la variación de la frecuencia y voltaje. Monitorear y controlar el voltaje y la frecuencia para que permanezcan en sus valores nominales. Transferir carga desde el generador I, hacia la red de la EEQ hasta que toda la carga esté conectada a la red de la EEQ y viceversa. Efectuar las acciones necesarias para mantener constante la frecuencia y el voltaje. Desconectar la carga y sacar del paralelismo a los generadores cumpliendo con las condiciones necesarias.

7. INFORME 7.1 7.2

7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 7.10

Tabular los datos de placa de las máquinas utilizadas, y los datos obtenidos durante la práctica. Calcule manualmente los voltajes, ángulos, potencias activas y reactivas en cada barra del sistema de la Figura 1.1 (utilice los datos reales tomados en la práctica). Compare los resultados obtenidos con los tabulados en el literal 1. Presentar todos los diagramas de conexiones utilizados en la realización de la práctica. Comentar y explicar su funcionamiento. Graficar las curvas V del generador con los datos obtenidos en la práctica (en un mismo gráfico). Analice y comente. Describa la forma de controlar la frecuencia y el voltaje generado en el generador sincrónico. Analizar el comportamiento del generador en los todos los casos de funcionamiento en paralelo realizados en la práctica. Realice un análisis de los valores obtenidos de las pérdidas de potencia en las líneas. Realice un resumen del comportamiento del generador y la red EEQ durante el aumento, disminución y desconexión de carga. Presentar conclusiones y recomendaciones Bibliografía

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA 7.11

Anexos

8. REFERENCIAS 8.1 8.2 8.3

ALAJO M, HURTADO F, “Módulo de Sistema SCADA para emular la operación de un sistema eléctrico de potencia básico del laboratorio”, Tesis, EPN, 2016. KUNDUR, Prabha, “Power System Stability and Control”, McGraw – Hill, New York, 1994. ANDERSON P., FOUAD A., “Power System Control and Stability”, IEEE Press, New York, 1993.

Elaborado por: Ing. Daniel Orbe Revisado por:

Dr. Hugo Arcos Jefe de Laboratorio de Sistemas Eléctricos de Potencia

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Eléctrica

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

PRÁCTICA N°6 1.

TEMA MEDICIÓN DEL ÁNGULO DE POTENCIA, CONSTANTE DE INERCIA H Y COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO D DE GENERADORES SINCRÓNICOS.

2.

OBJETIVOS

2.1.

Encontrar de manera práctica la constante de inercia y el coeficiente de amortiguamiento de generadores sincrónicos.

2.2.

Medir el ángulo de potencia de un generador sincrónico para distintos pasos de carga. .

3.

TRABAJO PREPARATORIO

3.1.

Consultar acerca de las pruebas de rechazo de carga y pérdida de fuerza motriz en vacío en generadores sincrónicos.

4.

PROCEDIMIENTO

4.1.

Conectar el grupo motor-generador y mediante un interruptor tripolar conectar carga resistiva e inductiva.

4.2.

Conectar el analizador de redes a los terminales del generador.

4.3.

Conectar el circuito detector de la posición mecánica del rotor y abrir la interfaz desarrollada en LabVIEW™.

4.4.

Energizar el grupo motor-generador realizar la prueba de rechazo de carga, previamente a tomar valores de voltaje, corriente, potencia activa y potencia aparente.

4.5.

Analizar los resultados obtenidos.

4.6.

Realizar la prueba de pérdida de fuerza motriz en vacío.

4.7.

Analizar los resultados obtenidos.

4.8.

Conectar el circuito detector de cruce por cero ascendente del voltaje terminal del generador y abrir la interfaz desarrollada en LabVIEW™.

4.9.

Partir del generador en vacío como referencia, cargar al generador con pasos de carga resistiva. Tomar para cada paso de carga valores de voltaje, corriente, potencia activa, potencia aparente ángulo de potencia.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

5.

INFORME

5.1.

Graficar la curva de la frecuencia y/o velocidad del grupo motor-generador durante la prueba de rechazo de carga, a partir de los datos registrados.

5.2.

Graficar la curva de decaimiento de la frecuencia y/o velocidad del grupo motorgenerador, a partir de los datos registrados.

5.3.

Presentar los cálculos y resultados de las pruebas de medición de constante de inercia y constante de amortiguamiento del grupo motor-generador utilizado.

5.4.

Realizar los cálculos de E y δ para los cuatro pasos de carga resistiva y comparar con el valor de δ medido. Analizar resultados.

5.5.

Presentar conclusiones y recomendaciones

5.6.

Bibliografía

5.7.

Anexos

6.

REFERENCIAS

6.1. 6.2. 6.3.

6.4. 6.5.

ALAJO M, HURTADO F, “Módulo de Sistema SCADA para emular la operación de un sistema eléctrico de potencia básico del laboratorio”, Tesis, EPN, 2016. VILLACRESES SCHUBERTH, “Medición del ángulo de potencia de un generador sincrónico”, Tesis, EPN, 2012. HURTADO ALEJANDRO, “Pruebas de Rechazo de Carga para determinar los Parámetros Dinámicos de Generadores Síncronos”, Instituto Politécnico Nacional, México, 2013. KUNDUR, Prabha, “Power System Stability and Control”, McGraw – Hill, New York, 1994. ANDERSON P., FOUAD A., “Power System Control and Stability”, IEEE Press, New York, 1993.

Elaborado por: Ing. Daniel Orbe Revisado por:

Dr. Hugo Arcos Jefe de Laboratorio de Sistemas Eléctricos de Potencia

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Eléctrica

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

PRÁCTICA N°7 1.

TEMA ESTABILIDAD TRANSITORIA - PROGRAMACIÓN DE SECUENCIA DE EVENTOS

2.

OBJETIVO

2.1.

Definir eventos en DIgSILENT Power Factory que permitan realizar un análisis de la estabilidad transitoria en un Sistema Eléctrico de Potencia. .

TRABAJO PREPARATORIO

3.1.

Consultar acerca de la clasificación de la Estabilidad Transitoria en un Sistema Eléctrico de Potencia.

3.2.

Consultar acerca del tiempo crítico de despeje de una falla.

Importar el archivo “P7-SEP.pfd” y activar el proyecto.

BARRA 2

~ SG

LINEA 2

CARGA

GENERADOR

LINEA 1

TRANSFORMADOR

BARRA INFINITA

3.1.

BARRA 3

PROCEDIMIENTO

BARRA 1

4.

DIgSILENT

3.

3.2. 3.3.

Calcular un flujo de potencia y verificar mensajes de error y/o advertencias en la ventana de salida. PROCEDIMIENTO SIMULACIÓN DE UNA FALLA EN LA LÍNEA 2 CORTOCIRCUITO TRIFÁSICO AL 50% DE LA LINEA 2 EN t=0s Y APERTURA DE LA LÍNEA EN 100ms.

3.3.1. Incluir las siguientes variables de resultado: • Generador: Potencia Activa, Potencia Reactiva y ángulo del rotor 𝑓𝑖𝑟𝑜𝑡. • Barras: Voltaje. • Líneas: Potencia Activa y Potencia Reactiva en ambos extremos de la línea. 3.3.2. Graficar criteriosamente las variables definidas.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA 3.3.3. Habilitar la opción de cortocircuito en la línea. En el diagrama unifilar, doble selección sobre la LÍNEA 2. 3.3.4. En el diagrama unifilar, selección derecha sobre la línea a ser sometida a la falla. 3.3.5. En la ventana “Short-Circuit Event” seleccionar el tipo de cortocircuito y el tiempo en el cual éste se produce. 3.3.6. Definir la apertura de la línea de transmisión. Selección sobre la LÍNEA 2. 3.3.7. En la ventana “Switch Event” definir el tiempo en el cual los interruptores de ambos extremos de la línea proceden a abrir (100ms). 3.3.8. Ejecutar condiciones iniciales y verificar cualquier advertencia o mensaje de error en la ventana de salida. 3.3.9. En la barra de tareas seleccionar “Run Simulation” y escribir el tiempo de duración de la simulación, por ejemplo 30 segundos. Ejecutar. 3.3.10. Analizar las curvas obtenidas. 3.3.11. Repetir la simulación modificando el tiempo de despeje de la falla hasta encontrar de manera iterativa el tiempo crítico de despeje de la falla. 3.4. CÁLCULO AUTOMÁTICO DEL TIEMPO CRÍTICO. El escrito DPL “Critical Fault Screening” que se encuentra en la librería de escritos DPL del proyecto permite automatizar la iteración para el cálculo del tiempo crítico de despeje de falla. 3.4.1. En la barra de tareas, seleccionar “Execute Script”.

3.4.2. Seleccionar el escrito “Critical Fault Screening”. 3.4.3. Ajustar los parámetros de entrada • Posición: 50% • minTclear: 0,05s (el escrito no iterará si el sistema se vuelve inestable para un tiempo menor a minTclear). • maxTclear: 1s; tiempo máximo (el escrito no iterará si el sistema se mantiene estable para una duración de la falla de maxTclear). • tstep: paso de la iteración, se recomienda usar aquí el período de la frecuencia del sistema. 3.4.4. Ejecutar el escrito. 3.4.5. El escrito reporta el resultado a la ventana de salida. Verificar este valor con el calculado anteriormente de forma manual. 3.4.6. Ejecutar el escrito nuevamente para diferentes ubicaciones de la falla (10% y 90%). Comparar los resultados. 3.5. RECIERRE EXITOSO DE LA LÍNEA 3.5.1. Cierre tripolar de los interruptores de la línea para t=1s (ver punto 7 del procedimiento inicial).

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA 3.5.2. En la barra de tareas seleccionar “Run Simulation” y escribir el tiempo de duración de la simulación, por ejemplo 30 segundos. Ejecutar. 3.5.3. Analizar las curvas obtenidas. 3.6. RECIERRE FALLIDO DE LA LÍNEA 3.6.1. Poner fuera de servicio el recierre de la línea. 3.6.2. En la barra de tareas seleccionar “Run Simulation” y escribir el tiempo de duración de la simulación, por ejemplo 30 segundos. Ejecutar. 3.6.3. Analizar las curvas obtenidas.

5.

INFORME

5.1.

Analizar y presentar los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio.

5.2.

Repetir nuevamente la simulación para fallas al 20%, 60% y 80% de la línea: a) Sin recierre de la línea b) Recierre exitoso c) Recierre fallido Analizar los resultados

5.3.

5.5. 5.6. 5.7.

Cambiar la distancia de la línea fallada a un valor indicado y repetir el procedimiento anterior. Determinar el efecto del incremento en la distancia de la línea en la estabilidad transitoria del sistema Comprueba analíticamente mediante el método paso a paso el tiempo crítico obtenido en la realización de la práctica para los tres casos del literal 2. Presentar conclusiones y recomendaciones Bibliografía Anexos

6.

REFERENCIAS

5.4.

6.1. 6.2. 6.3.

Manual de Usuario del Programa DIGSILENT Power Factory KUNDUR, Prabha, “Power System Stability and Control”, McGraw – Hill, New York, 1994. ANDERSON P., FOUAD A., “Power System Control and Stability”, IEEE Press, New York, 1993.

Elaborado por: Ing. Daniel Orbe Revisado por:

Dr. Hugo Arcos Jefe de Laboratorio de Sistemas Eléctricos de Potencia

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Eléctrica

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

PRÁCTICA N°8 1.

TEMA ESTABILIDAD TRANSITORIA - IEEE NINE BUS SYSTEM

2. 2.1.

OBJETIVO Realizar un estudio de estabilidad transitoria en un sistema eléctrico de potencia de prueba. .

3.

PROCEDIMIENTO

3.1.

Importar el archivo “P8_SEP.pfd” y activar el proyecto. En esta práctica de laboratorio, no existirán reguladores de voltaje o velocidad en los generadores del sistema, debido a que en posteriores sesiones se analizará la inclusión de los mismos, tanto individualmente como en conjunto.

3.2.

Calcular un flujo de potencia y verificar mensajes de error y/o advertencias en la ventana de salida.

3.3.

SIMULACIÓN DE UN CORTOCIRCUITO TRIFÁSICO EN LA LÍNEA 2, CERCANO A LA BARRA 7 en t=0s. 3.3.1. Incluir las siguientes variables de resultado: • Generador: Potencia Activa, Potencia Reactiva y ángulo del rotor 𝑓𝑖𝑟𝑜𝑡. • Barras: Voltaje. • Líneas: Potencia Activa y Potencia Reactiva en ambos extremos de la línea. 3.3.2. Graficar criteriosamente las variables definidas. 3.3.3. Definir el cortocircuito. 3.3.4. Definir la apertura de la línea de transmisión. El cortocircuito se despeja en 5 ciclos al abrir los interruptores de la línea fallada. 3.3.5. Ejecutar condiciones iniciales y verificar cualquier advertencia o mensaje de error en la ventana de salida. 3.3.6. En la barra de tareas seleccionar “Run Simulation” y escribir el tiempo de duración de la simulación, por ejemplo 30 segundos, y Ejecutar. 3.3.7. Analizar las curvas obtenidas. 3.3.8. Repetir la simulación modificando el tiempo de despeje de la falla hasta encontrar de manera iterativa el tiempo crítico de despeje de la falla. 3.3.9. Utilizar el escrito DPL “Critical Fault Screening” para encontrar de manera automática el tiempo crítico de despeje de la falla.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA 3.3.10. Simular un recierre exitoso de la línea (extinción del cortocircuito luego de 5 ciclos de la apertura de la línea y recierre luego de 10 ciclos de la extinción del cortocircuito). 3.4. SIMULACIÓN DE UN EVENTO DE CARGA EN LOAD C A t=0s. 3.4.1. La carga Load C se incrementa en un 125% tanto en potencia activa como en potencia reactiva. • Definir los eventos necesarios para realizar la simulación indicada. • Ejecutar la simulación y analizar resultados. • Variar el incremento o decremento en la carga. • Ejecutar la simulación y analizar resultados. 3.5. • •

SIMULACIÓN DE LA SALIDA INTEMPESTIVA DEL GENERADOR 2 A t=0s. Definir los eventos necesarios para realizar la simulación indicada. Ejecutar la simulación y analizar resultados.

4. INFORME 4.1.

Analizar y presentar los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio.

4.2.

El instructor indicará a cada estudiante el tipo de evento y tiempos del mismo para los siguientes elementos: • Línea de transmisión • Generador sincrónico • Carga Analizar los resultados Presentar conclusiones y recomendaciones Bibliografía Anexos

4.3. 4.4. 4.5.

5. REFERENCIAS 5.1. 5.2. 5.3.

Manual de Usuario del Programa DIGSILENT Power Factory KUNDUR, Prabha, “Power System Stability and Control”, McGraw – Hill, New York, 1994. ANDERSON P., FOUAD A., “Power System Control and Stability”, IEEE Press, New York, 1993.

Elaborado por: Ing. Daniel Orbe Revisado por:

Dr. Hugo Arcos Jefe de Laboratorio de Sistemas Eléctricos de Potencia

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Eléctrica

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

PRÁCTICA N°9 1.

TEMA ESTABILIDAD TRANSITORIA - REGULADORES DE VELOCIDAD Y TURBINAS

2. 2.1

OBJETIVO Realizar un estudio de estabilidad transitoria en un sistema eléctrico de potencia de prueba. .

3.

MARCO TEÓRICO

LENGUAJE DSL: Las siglas DSL se deduce de la expresión DIgSILENT Simulation Language, lenguaje suministrado por el fabricante del software DIgSILENT, que le permite al usuario acceder a la modelación de sistemas y a la interacción de los mismos con el módulo de análisis dinámico. El lenguaje DSL se usa para programar sistemas de control y otros componentes usados en sistemas eléctricos de potencia. Como cualquier otro lenguaje de simulación o programación, emplea una sintaxis especial para la formulación de estos modelos. Elementos básicos Composite Model: es una máscara que se usa para "administrar los modelos asociados a una máquina o un sistema" (Figura 8), en la cual se seleccionan todos los modelos y elementos que se quieren relacionar (máquina sincrónica, regulador de velocidad, regulador de voltaje, etc.).

•

Composite Frame (Marco Compuesto): es una plantilla o estructura de conexionado, en la cual se definen las interfaces o vías de comunicación de las distintas señales entre los bloques o modelos que van a definirse dentro de un Composite Model. DIgSILENT

•

SYM Frame_no droop: Synchronous Machine Signal Interconnections Qg Pg pgt ir;ii i ie ur;ui ut

0 1

0

2

1

3

2

Uel Slot

4 ElmUel*

3

5

4

6

5

7

6 7

Avr Slot 8 Avr*,ElmVc.. Elm

vuel voel

0

9

0

ve

8

10

Oel Slot ElmOel*

1

11

1

2

12

upss

0

13

u_bus2

0

MeasBus1 StaVmea*1 2

fe_bus2 ur;ui

5

15

Local/Remote Bus

16

xmdm

Sym Slot 1ElmSym*,IntRef*

0

6 7 8

1

9

2

0

3

1

4

2

5 Pss 6

3 4

14

Slot ElmPss*

psco

Gov Slot 1 ElmGov*,ElmPc.. 4

5

8

6

9

7

10 2

11 12

3

7

pt

0

2

10 11

Wf cosn sgnn fe speed xmt xme

pturb

13 14

outofstep

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

Common Model: existen bloques que son empleados para definir una función macro; las ecuaciones que definen la macro al interior de un bloque simple del programa vienen dadas por las funciones de transferencia de los reguladores asociados al generador sincrónico. DIgSILENT

•

w0

pcu_Electroquil:

-

w

w err

1/K R Vmax

o12

0

1

psetp

pref

yi1

0

yi3

{1/(1+sT)} T1

1

yi21

-

AT1

yi2

K Kt

at

1/(1+sT) T2

Vmin

o18

o1(1)

2

psco

AT1(1..

ptx

1/(1+sT) T3

o1

K Dturb

wlss

-

3

0

4 5

4.

1

pturb

2 3

Turb(1) Pturb

pt

PREPARATORIO

4.1.

Consultar acerca de los distintos modelos de turbinas para distintos tipos de generación de energía eléctrica (termoeléctrica, eólica, etc.).

4.2.

Consultar acerca de los modelos de reguladores de velocidad aplicados los tipos de generación consultados en el punto anterior.

4.3.

Consultar acerca de la tecnología que se emplea en los distintos tipos de reguladores de velocidad encontrados en el literal anterior.

5.

PROCEDIMIENTO

5.1.

Importar el archivo “P9_SEP.pfd” y activar el proyecto.

5.2.

Calcular un flujo de potencia y verificar mensajes de error y/o advertencias en la ventana de salida.

5.3.

DEFINICIÓN DEL MODELO DE LA TURBINA Y SU REGULADOR DE VELOCIDAD 5.3.1. Copiar el frame: SYM Frame_no droop de la librería global de Power Factory a la librería del proyecto (User Defined Models). Copiar el modelo “gov_IEEEG3” de la librería global de Power Factory a la librería del proyecto (User Defined Models).

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

5.3.2. Crear un nuevo Common Model dentro de la carpeta de la red del proyecto. 5.3.3. Seleccionar el modelo “gov_IEEEG3” copiado en Model Definition. 5.3.4. Crear un nuevo Composite Model dentro de la red del proyecto activo y nombrarlo “GENERADOR 1”. 5.3.5. Seleccionar el frame copiado en el Composite Model creado. 5.3.6. Asociar el generador G1 al Composite Model creado (doble selección en el espacio en negro y seleccionar la máquina). 5.3.7. Asociar el Common Model creado al Composite Model creado (doble selección en el espacio en negro y seleccionar el Common Model). 5.3.8. En el Composite Model → Slot Update. 5.3.9. Observar que pegado al símbolo del regulador deberá aparecer “un visto” indicando que el modelo se encuentra activo.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA 5.3.10. Calcular las condiciones iniciales de la simulación dinámica para verificar la no existencia de errores. 5.3.11. Repetir el procedimiento para crear los reguladores de velocidad del generador 2 y generador 3 del IEEE Nine Bus System utilizando el mismo frame. a) Generador 2: gov_IEEEG1 b) Generador 3: gov_GAST 5.4.

SIMULACIÓN DE UN CORTOCIRCUITO TRIFÁSICO EN LA LÍNEA 2, CERCANO A LA BARRA 7 en t=0s. 5.4.1. Incluir las siguientes variables de resultado: • Generador: Potencia Activa, Potencia Reactiva y ángulo del rotor 𝑓𝑖𝑟𝑜𝑡. • Barras: Voltaje. • Líneas: Potencia Activa y Potencia Reactiva en ambos extremos de la línea. 5.4.2. Graficar criteriosamente las variables definidas. 5.4.3. Definir el cortocircuito. 5.4.4. Definir la apertura de la línea de transmisión. El cortocircuito se despeja en 5 ciclos al abrir los interruptores de la línea fallada. 5.4.5. Ejecutar condiciones iniciales y verificar cualquier advertencia o mensaje de error en la ventana de salida. 5.4.6. En la barra de tareas seleccionar “Run Simulation” y escribir el tiempo de duración de la simulación, por ejemplo 30 segundos, y Ejecutar. 5.4.7. Analizar las curvas obtenidas. 5.4.8. Repetir la simulación modificando el tiempo de despeje de la falla hasta encontrar de manera iterativa el tiempo crítico de despeje de la falla. 5.4.9. Utilizar el escrito DPL “Critical Fault Screening” para encontrar de manera automática el tiempo crítico de despeje de la falla. 5.4.10. Simular un recierre exitoso de la línea (extinción del cortocircuito luego de 5 ciclos de la apertura de la línea y recierre luego de 10 ciclos de la extinción del cortocircuito). 5.5. SIMULACIÓN DE UN EVENTO DE CARGA EN LOAD C A t=0s. 5.5.1. La carga Load C se incrementa en un 125% tanto en potencia activa como en potencia reactiva. • Definir los eventos necesarios para realizar la simulación indicada. • Ejecutar la simulación y analizar resultados. • Variar el incremento o decremento en la carga. • Ejecutar la simulación y analizar resultados. 5.6. SIMULACIÓN DE LA SALIDA INTEMPESTIVA DEL GENERADOR 2 A t=0s. 5.6.1. Definir los eventos necesarios para realizar la simulación indicada. 5.6.2. Ejecutar la simulación y analizar resultados.

6. INFORME 6.1.

Analizar y presentar los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

6.2.

El instructor indicará a cada estudiante el tipo de evento y tiempos del mismo para los siguientes elementos: • Línea de transmisión • Generador sincrónico • Carga Analizar los resultados 6.3. Presentar conclusiones y recomendaciones 6.4. Bibliografía 6.5. Anexos

7. REFERENCIAS 7.1. 7.2.

7.3.

7.4.

G. Argüello, Análisis y Control de Sistemas Eléctricos de Potencia, 1988. B. Cevallos, J. Játiva, "Análisis de Pequeña Señal de Sistemas de Regulación de Velocidad y Turbinas Hidroeléctricas de Generadores Sincrónicos Utilizando el Programa Computacional DIgSILENT Power Factory," Ingeniero Eléctrico, Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Escuela Politécnica Nacional, Quito, 2013. M. Ullauri, J. Cepeda, H. Arcos, “Modelación y Validación de Sistemas de Control de Unidades de Generación del Sistema Nacional Interconectado Ecuatoriano”, CENACE Revista Energía, 2015. SIEMENS, Dynamic Models Package “Standard-1”, 2010.

8. ANEXOS Parámetros: gov_IEEEG3

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA Parámetros: gov_IEEEG1

Parámetros: gov_GAST

Elaborado por: Ing. Daniel Orbe Revisado por:

Dr. Hugo Arcos Jefe de Laboratorio de Sistemas Eléctricos de Potencia

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Eléctrica

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

PRÁCTICA N°10 1.

TEMA ESTABILIDAD TRANSITORIA - REGULADORES DE VOLTAJE Y SISTEMAS DE EXCITACIÓN

2. 2.1.

OBJETIVO Realizar un estudio de estabilidad transitoria en un sistema eléctrico de potencia de prueba considerando la modelación del sistema de control de voltaje y la excitatriz. .

3.

PREPARATORIO

3.1.

Consultar acerca de los distintos modelos de excitatrices para distintos tipos de generación de energía eléctrica (termoeléctrica, eólica, etc.).

3.2.

Consultar acerca de los modelos de reguladores de voltaje aplicados los tipos de generación consultados en el punto anterior.

3.3.

Consultar acerca de la tecnología que se emplea en los distintos tipos de reguladores de voltaje encontrados en el literal anterior.

4.

PROCEDIMIENTO

4.1.

Importar el archivo “P10_SEP.pfd” y activar el proyecto.

4.2.

Calcular un flujo de potencia y verificar mensajes de error y/o advertencias en la ventana de salida.

4.3.

DEFINICIÓN DEL MODELO DE LA TURBINA Y SU REGULADOR DE VELOCIDAD 4.3.1. Repetir el procedimiento realizado en la Práctica N°9 para definir los siguientes reguladores de voltaje en sus respectivos generadores considerando el frame: “SYM Frame_no droop” a) Generador 1: avr_EXT1 b) Generador 2: avr_EXST2 c) Generador 3: avr_ESAC4A 4.4.

SIMULACIÓN DE UN CORTOCIRCUITO TRIFÁSICO EN LA LÍNEA 2, CERCANO A LA BARRA 7 en t=0s. 4.4.1. Incluir las siguientes variables de resultado: • Generador: Potencia Activa, Potencia Reactiva y ángulo del rotor 𝑓𝑖𝑟𝑜𝑡. • Barras: Voltaje. • Líneas: Potencia Activa y Potencia Reactiva en ambos extremos de la línea. 4.4.2. Graficar criteriosamente las variables definidas.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

4.4.3. Definir el cortocircuito. 4.4.4. Definir la apertura de la línea de transmisión. El cortocircuito se despeja en 5 ciclos al abrir los interruptores de la línea fallada. 4.4.5. Ejecutar condiciones iniciales y verificar cualquier advertencia o mensaje de error en la ventana de salida. 4.4.6. En la barra de tareas seleccionar “Run Simulation” y escribir el tiempo de duración de la simulación, por ejemplo 30 segundos, y Ejecutar. 4.4.7. Analizar las curvas obtenidas. 4.4.8. Repetir la simulación modificando el tiempo de despeje de la falla hasta encontrar de manera iterativa el tiempo crítico de despeje de la falla. 4.4.9. Utilizar el escrito DPL “Critical Fault Screening” para encontrar de manera automática el tiempo crítico de despeje de la falla. 4.4.10. Simular un recierre exitoso de la línea (extinción del cortocircuito luego de 5 ciclos de la apertura de la línea y recierre luego de 10 ciclos de la extinción del cortocircuito). 4.5. SIMULACIÓN DE UN EVENTO DE CARGA EN LOAD C A t=0s. 4.5.1. La carga Load C se incrementa en un 125% tanto en potencia activa como en potencia reactiva. • • • •

Definir los eventos necesarios para realizar la simulación indicada. Ejecutar la simulación y analizar resultados. Variar el incremento o decremento en la carga. Ejecutar la simulación y analizar resultados.

4.6. SIMULACIÓN DE LA SALIDA INTEMPESTIVA DEL GENERADOR 2 A t=0s. 4.6.1. Definir los eventos necesarios para realizar la simulación indicada. 4.6.2. Ejecutar la simulación y analizar resultados.

5. INFORME 5.1.

Presentar los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio.

5.2.

5.3.

El instructor indicará a cada estudiante el tipo de regulador de voltaje que se debe asignar a cada generador, el de evento y tiempos del mismo para los siguientes elementos: Línea de transmisión Generador sincrónico Carga Analizar los resultados Presentar conclusiones y recomendaciones

5.4.

Bibliografía

5.5.

Anexos

• • •

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

6. REFERENCIAS 6.1.

6.2. 6.3.

6.4.

H. Flores, H. Argüello, "Estudio de Estabilidad de Pequeña Señal en el Sistema Nacional Interconectado Aplicando el Método de Análisis Modal" Ingeniero Eléctrico, Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Escuela Politécnica Nacional, Quito, 2004. IEEE STD 421.5, “Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies”, 2005. M. Ullauri, J. Cepeda, H. Arcos, “Modelación y Validación de Sistemas de Control de Unidades de Generación del Sistema Nacional Interconectado Ecuatoriano”, CENACE Revista Energía, 2015. SIEMENS, Dynamic Models Package “Standard-1”, 2010.

7. ANEXOS Parámetros: avr_EXST1

Parámetros: avr_EXST2

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA Parámetros: avr_ESAC4A

Elaborado por: Ing. Daniel Orbe Revisado por:

Dr. Hugo Arcos Jefe de Laboratorio de Sistemas Eléctricos de Potencia

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Eléctrica

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

PRÁCTICA N°11 1. TEMA ESTABILIDAD TRANSITORIA - REGULADORES DE VELOCIDAD, REGULADORES DE VOLTAJE Y ESTABILIZADORES DE SISTEMAS DE POTENCIA (PSS)

2. OBJETIVO 2.1.

Realizar un estudio de estabilidad transitoria en un sistema eléctrico de potencia de prueba considerando la modelación del sistema de control de velocidad y voltaje e incluyendo PSS’s. .

3. PREPARATORIO 3.1.

Consultar acerca de los Estabilizadores de Sistemas de Potencia, funciones y tipos.

3.2.

Consultar acerca de métodos para la sintonización de Estabilizadores de Sistemas de Potencia.

4. PROCEDIMIENTO 4.1.

Importar el archivo “P11_SEP.pfd” y activar el proyecto.

4.2.

Calcular un flujo de potencia y verificar mensajes de error y/o advertencias en la ventana de salida.

4.3.

Definir el “PSS2A” en el generador 1 (creación de un Common Model).

4.4.

Incluir las siguientes variables de resultado: • Generador: Potencia Activa, Potencia Reactiva y ángulo del rotor 𝑓𝑖𝑟𝑜𝑡. • Barras: Voltaje. • Líneas: Potencia Activa y Potencia Reactiva en ambos extremos de la línea.

4.5.

Graficar criteriosamente las variables definidas.

4.6.

Definir variables de entrada y salida del PSS (ver puntos 7 a 11 Práctica 1). Incluir las variables de resultado: “upss” y “pgt”.

4.7.

Graficar en la misma hoja (en gráficos distintos) las variables P1 (del generador 1), upss y pgt.

4.8. SIMULACIÓN DE UN EVENTO DE CARGA EN LOAD C A t=0s. 4.8.1. La carga Load C se incrementa en un 10% tanto en potencia activa como en potencia reactiva. •

Definir los eventos necesarios para realizar la simulación indicada.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA • • • • • 4.9.

Ejecutar la simulación y analizar resultados. Variar el incremento o decremento en la carga. Ejecutar la simulación y analizar resultados. Repetir la simulación desactivando el PSS. Comparar los resultados. SIMULACIÓN DEL AUMENTO/DISMINUCIÓN DEL TORQUE ELÉCTRICO EN EL GENERADOR 1 A t=0s

4.9.1. Definir los eventos necesarios para realizar la simulación indicada. • En el diagrama unifilar. Selección derecha sobre G1 → Definir → Evento de máquina sincrónica → Torque Adicional.

•

Ejecutar la simulación y analizar resultados.

•

Variar el incremento o decremento del torque.

•

Ejecutar la simulación y analizar resultados.

•

Repetir la simulación desactivando el PSS.

•

Comparar los resultados.

5. INFORME 5.1.

Presentar los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio.

5.2.

El instructor indicará a cada estudiante el tipo de PSS que se debe asignar a cada generador y el de evento para los siguientes elementos: Generador sincrónico Carga Analizar los resultados

• • • 5.3. 5.4. 5.5.

Presentar conclusiones y recomendaciones Bibliografía Anexos

6. REFERENCIAS 6.1.

6.2.

P. Verdugo, J. Játiva, "Metodología de Sintonización de Parámetros del Estabilizador del Sistema de Potencia (PSS) Utilizando el Programa Computacional DIgSILENT Power Factory" Ingeniero Eléctrico, Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Escuela Politécnica Nacional, Quito, 2012. P. Kundur, Power System Stability and Control: McGraw Hill, Inc.

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA 6.3.

M. Ullauri, J. Cepeda, H. Arcos, “Modelación y Validación de Sistemas de Control de Unidades de Generación del Sistema Nacional Interconectado Ecuatoriano”, CENACE Revista Energía, 2015.

Elaborado por: Ing. Daniel Orbe Revisado por:

Dr. Hugo Arcos Jefe de Laboratorio de Sistemas Eléctricos de Potencia

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Eléctrica

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

PRÁCTICA N°12 1. TEMA ESTABILIDAD DE VOLTAJE

2. OBJETIVO 2.1.

Realizar un estudio de estabilidad de voltaje en un sistema radial simple obteniendo las curvas PV mediante dos diferentes técnicas. .

3. PREPARATORIO 3.1. 3.2.

Consultar acerca de las causas de la inestabilidad de voltaje. Consultar a detalle acerca de los métodos para analizar la estabilidad de voltaje.

4. PROCEDIMIENTO En el sistema de potencia mostrado en la figura es un sistema radial simple, se construirán curvas PV a fin de evaluar la estabilidad de voltaje. La ecuación que describe el voltaje en la barra de carga en función de la potencia tanto activa como reactiva de la carga se presenta en la Ec. 1.

Ec. 1 Los datos del sistema de potencia (pueden ser variados): 𝑉1 = 1 𝑝. 𝑢. y 𝑥𝐿 = 0,4 𝑝. 𝑢.

4.1. CONSTRUCCIÓN DE LA CURVA PV EN MICROSOFT EXCEL 4.1.1. En Microsoft Excel ingresar la Ec. 1 y graficar el comportamiento del voltaje en la Barra 2 en función de la potencia activa de la carga, para distintos factores de potencia. 4.1.2. Analizar las curvas obtenidas. 4.2. CONSTRUCCIÓN DE LA CURVA PV EN DIGSILENT POWER FACTORY

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

4.2.1. Importar el archivo “P11_SEP.pfd” y activar el proyecto. 4.2.2. Calcular un flujo de potencia y verificar mensajes de error y/o advertencias en la ventana de salida. 4.2.3. Definir un “General Set”. En el diagrama unifilar, seleccionar la barra sobre la cual se va a graficar la curva PV y la carga que va ser variada. 4.2.4. Cerrar la ventana que aparece. 4.2.5. En la barra de tareas, seleccionar “Execute Script”. 4.2.6. Se despliega un listado con los escritos DPL que vienen por defecto en el software. Seleccionar el escrito “PV Curves”. 4.2.7. La ventana que aparece a continuación permite realizar ajustes a la obtención de la curva PV. 4.2.8. Se selecciona un Initial Load Scaling Factor de 1, para que al finalizar la simulación, el valor de la carga sea el inicial. 4.2.9. Además se escoge el factor de potencia (ind/cap) con el cual se graficará la curva. 4.2.10. Ingresar a General Selection y seleccionar el “General Set” creado 4.2.11. Ejecutar el escrito. De manera automática, el escrito DPL crea una nueva página con la curva PV resultante. 4.2.12. Analizar la curva obtenida o compararla con la obtenida en Microsoft Excel. 4.2.13. Cambiar las variables tanto en Microsoft Excel como en DIgSILENT Power Factory y analizar las curvas resultantes para distintos factores de potencia.

5. INFORME 5.1. 5.2.

Presentar los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio. Reemplazar el modelo de la línea que consta en el archivo “P12-SEP.pfd” por un modelo de línea completo.

5.3.

Obtener las curvas PV solicitadas por el instructor.

5.4.

Presentar y analizar las curvas PV obtenidas con sus respectivas etiquetas.

5.5.

Presentar conclusiones y recomendaciones

5.6.

Bibliografía

5.7.

Anexos

LABORATORIO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA

6. REFERENCIAS 6.1. A. Ortiz, J. Játiva, "Análisis de estabilidad de voltaje en estado estable del sistema de subtransmisión de la Empresa Eléctrica Quito" Ingeniero Eléctrico, Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Escuela Politécnica Nacional, Quito, 2012. 6.2. L. Chimborazo, H. Arcos, "Análisis de estabilidad de voltaje del Sistema Nacional Interconectado SNI para el período 2010-1013, usando el programa DIgSILENT Power Factory" Ingeniero Eléctrico, Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Escuela Politécnica Nacional, Quito, 2010. 6.3. P. Kundur, Power System Stability and Control, McGraw Hill, Inc. 6.4. F. Milano, Power System Modelling and Scripting, Springer. Elaborado por: Ing. Daniel Orbe Revisado por:

Dr. Hugo Arcos Jefe de Laboratorio de Sistemas Eléctricos de Potencia