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ESTABILIDAD DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA Edison Santiago Culqui T. Universidad Técnica de Cotopaxi - UTC

Abstract: II. ESTABILIDAD DE VOLTAJE It is about being able to know the voltage stability by performing an exercise in which you can have variable and constant data, with which you can observe the behavior of the system to remain in a state of equilibrium operation under normal operating conditions and that can be recovered in another state of equilibrium after having been subjected to various disturbances. Palabras y frases Claves: Sistemas, mathcad, potencia, reactiva, tensión, voltaje, estabilidad, potencia, Qv, Pv

I.

INTRODUCCIÓN

En términos generales, la estabilidad de voltaje se define como la capacidad de un sistema de energía para mantener los voltajes estales en todos los buses del sistema después de ser sometido a una perturbación de una condición operativa inicial dada. Un posible caso de inestabilidad de voltaje es la perdida de carga en una determinada área, o el disparo de líneas de transmisión y de los demás elementos por su protección que conduce a interruptores en cascada que a su vez pueden conducir a la perdida de sincronización de algunos generadores. Clasificación de los tipos de estabilidad de voltaje.

El Sistema de Potencia se encuentra en cambios constantes, por ello es necesario garantizar niveles óptimos de voltaje, potencias activas, potencias reactivas, frecuencia de operación y ángulos de rotores de las máquinas. En donde a pesar de sufrir una perturbación, esta no debe implicar ningún cambio [1].

Se los clasifica en 4 categorías:

En los SEP se considera tres factores que afectan la estabilidad del sistema. La estabilidad de voltaje que se refiere en conservar niveles óptimos de voltaje garantizando la operación del SEP, la estabilidad de frecuencia que trata de mantener un balance entre generación carga y la estabilidad angular tiene como finalidad mantener en sincronismo los generadores [2].

Se tiene que considerar que la inestabilidad de voltaje puede ser causada en muchos casos por varios aspectos del sistema.

 Estabilidad de voltaje de perturbación grande.  Estabilidad de voltaje de pequeñas perturbaciones.  Estabilidad de voltaje a corto plazo.  Estabilidad de voltaje a largo plazo.

III. DISEÑO DE UN ALGORITMO PARA LA OBTENCION DE LAS CURVAS PV Y QV. Para poder obtener las curvas PV y QV, usaremos el software MATHCAD el cual nos permite declarar variable y constantes, mediante las cuales podamos insertar perturbaciones a nuestro sistema.

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MATHCAD .- Mathcad dispone de la facilidad de uso y la familiaridad de un cuaderno de ingeniería, junto con notación matemática de actualización instantánea, inteligencia de unidades y potentes prestaciones de cálculo. Este software para matemáticas de ingeniería permite presentar los cálculos con gráficos, texto e imágenes en un solo documento. No son necesarias habilidades especializadas para entender los datos de Mathcad y, ahora que su propiedad intelectual está protegida, puede utilizarla para otros proyectos [3].

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Fig 2: Formulas de Pmax y Vcrit

Fig 3: Formula para hallar PV 

Tablas de valores obtenidos para obtención de la curva PV

Para la obtención de los siguientes tablas de resultados debemos variar el ángulo y el el valor de Pq,

Algoritmo de la curva PV Como podemos observar en la Fig. 1 se define variables y constantes, para nuestro ejemplo tendremos los siguientes datos:  El ángulo tomara valores de 0, 30 y 60 (grados).  El valor de Pq estará variando desde 0 hasta 2 en pasos de 0.02 Y para nuestras constantes asumiremos los valores iniciales de Vp=1 y Xpq=0.1

Fig 4: Tablas obtenidas de las evaluaciones 

Grafica de la curva PV

Fig 1: Definición de Variables y Constantes Una vez definidas nuestros datos iniciales y el rango permitido para las evaluaciones, ingresaremos las formulas con las cuales podamos obtener los valores de Pmax y Vcritico Fig. 2 así como también los valores de PV Fig. 3.

Fig 5: Grafica de la curva PV Análisis.- Cada curva obtenida corresponde a la variación del factor de potencia y también a la variación de la componente Pq del algoritmo implementado, este tipo de 2

curvas nos permiten determinar el límite de estabilidad de tensión en estado estacionario de un sistema de potencia el cual se lo analiza desde el punto de operación inicial hasta el punto de tención critica, en estas graficas PV donde P es la potencia activa de la carga y será tomada como un parámetro el cual debe ser variado paulatinamente, y V es la tensión en la barra de la carga. En la fig 6. Se puede observar que existen dos regiones una es la región tensión estable y la otra es la región de tensión inestable

Fig 7: Definición de Variables y Constantes Y para nuestras constantes asumiremos los valores iniciales de Vp=1 y Xpq=0.1 Una vez definidas nuestros datos iniciales y el rango permitido para las evaluaciones, ingresaremos las formula con las cual podamos obtener los valores de QV Fig. 7.

Fig 8: Formula para hallar PV

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Tablas de valores obtenidos para obtención de la curva QV

Fig 6: Análisis de curvas

En la parte superior de la curva es la región con mayor estabilidad que podemos encontrar, mientras que la punta de la curva es el punto máximo de carga en el cual es el punto de colapso de la tensión cuando las cargas modelan como potencia constante, cuando la carga se modela en función de la tensión se afecta el punto de colapso de la tensión. 

Algoritmo de la curva QV

Para pode obtener los valores que nos permitan graficar la curva Qv, en nuestro ejemplo tenderemos los siuientes datos:  

El valor de Pq podrá tener los siguientes valores 0, 0.5 y 2. El valor de Q podrá variar de 0 hasta 2 en pasos de 0.2, así como también se lo evaluara en la parte negativa de 0 hasta – 2.6

Fig 9: Tablas obtenidas de las evaluaciones 

Grafica de la curva QV Qv en la parte posita, cuando P toma valor positivos de 0 hasta 2.

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Fig 10: Grafica de la curva QV (Positiva)

En las gráficas de las curvas Pv se pudo observar que la zona de estabilidad y de operación de los sistemas es la parte superior de la curva. En las curvas Qv se pudo comprobar que los sistemas son estables con cargas más ligeras, si la carga aumenta se puede tener una reserva de carga reactiva para poder mantener la estabilidad del sistema. V.

Qv en la parte negativa, cuando P toma valor positivos de 0 hasta -2.6.

Fig 11: Grafica de la curva QV (Negativa)

Análisis.- Las curvas de tipo QV tienen una peculiar forma en la cual el punto más bajo representa el punto de colapso y el límite de la potencia reactiva en dicha barra.

BIBLIOGRAFÍA

[1] P. Kundur, N. Balu, and M. Lauby, Power System Stability and Control. 1994. [2] P. Kundur ; J. Paserba ; V. Ajjarapu ; G. Andersson ; A. Bose ; C. Cañizares ; N. Hatziargyriou ; D. Hill ; A. Stankovic ; C. Taylor ; T. Van Cutsem ; V. Vittal, “Definition and Classification of Power System Stability IEEE/CIGRE Joint Task Force on Stability Terms and Definitions,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 19, no. 3, pp. 1387–1401, Aug. 2004. [3] https://slideplayer.es/slide/10258321/ [4] http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_a rttext&pid=S1815-59012012000200001

En otras palabas se dice que el margen de potencia reactiva indica la cantidad de potencia de compensación necesaria para restablecer un punto de operación y obtener una valor de tensión deseado. IV. 

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CONCLUSIONES

El análisis de las curvas PV y QV son de mucha utilidad ya que mediante las mimas se puede determinar el punto de colapso (Pto. Máximo de carga para poder tomar acciones correctivas idóneas en nuestro sistema. Se pudo observar en las gráficas PV que las mismas cambian, al variar el factor de potencia, observando que la estabilidad depende directamente de la relación entre la potencia Activa y Reactiva. 4