Trabajo DIgSILENT 01-2013 MarioCifuentes
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Trabajo práctico DigSilent Mario Fernando Cifuentes Pardo ID: 000083579 Implementar el sistema de potencia de la Fig. 1 en DigSilent:
Figura 1. Sistema de potencia propuesto
1. Determinar el flujo de carga del sistema implementado. Analizar los resultados En las Figuras 3,4 y 5 se muestran los distintos flujos de carga realizados al sistema de potencia de la Fig. 1, donde para cada flujo se realizó una variación al circuito, con el fin de cumplir con la condición de sobrecarga propuesta en clase (menor al 105%). En la Fig. 3 se puede observar los resultados del flujo de carga realizado al sistema de potencia, este flujo se corrió con las condiciones expuestas en la Fig. 2:
Figura 2. Condiciones flujo de carga
Como se puede observar las condiciones de sobrecarga son críticas, ya que en la simulación se obtuvieron las siguientes condiciones:
Generador en la barra 3=108.49%
Line (1)=94.85%
Line (2)=141.65%
Para aliviar esta condición se propone balancear el circuito, cambiando el despacho del generador de la barra 3 a 200MW. En la Fig. 4 se puede observar los resultados aplicando dicha variación.
1 G
5 9 5 7 , 7 6 2 9 , 8 , 0 1 9 2
~ G
Line
6 0 6 6 , 1 5 , 9 5 , 5 4 - - 2
0 3 9 0 , 2 , 4 , 0 6 8 0 2 0 3 1 1
8 6 7 , 1 5 5 , 9 5 , 5 4 2
2 8 5 4 , 8 , 8 2 4 , 5 0 4 1 1 9
2 2 5 2 , 7 , 6 , 0 0 1 5 2 4 2 1 1
5 7 , 2 0 2 0 , 0 , 1 1 0 1
G ~
2
G
0 3 , 3 3 3 0 , 3 , 1 1 1 1
3
1 ) 1 ( e n i L
) 2 ( e n i L
-151,60 -97,10 94,85
2
Inactive Out of Calculation De-energized
-248,40 -102,90 141,65
109,59 1,00 -1,99
Low and High Voltage / Loading Lower Voltage Range < 0,95 p.u. Higher Voltage Range > 1,05 p.u. Loading Range > 80, % > 100, %
400,00 200,00
General Load
Shunt/Filter
Figura 3. Sistema de potencia
1 G
~ G
3 6 0 5 , 9 4 2 , 4 , 0 0 2 9 4
Line
2 0 7 1 9 , , 5 , 0 0 1 5 -
0 8 2 0 , 7 , 0 0 2 , 0 3 0 2 1 8
0 0 1 9 , 0 , 5 0 , 0 - 1 5
2 9 1 6 , 6 , 7 , 1 1 5 0 0 1 2 1 1
0 8 8 9 , 7 , 0 , 0 2 0 0 2 2 2 1 1
5 7 , 2 0 2 0 , 0 , 1 1 0 1
G ~
2 G
0 3 , 3 5 0 3 0 , , 1 1 0 1
3
1
2
) 1 ( e n i L
) 2 ( e n i L
-200,41 -89,92 115,71
-199,59 -110,08 120,08
109,60 1,00 -2,69
Inactive Out of Calculation De-energized
Low and High Voltage / Loading Lower Voltage Range < 0,95 p.u. Higher Voltage Range > 1,05 p.u. Loading Range > 80, % > 100, %
400,00 200,00
General Load
Shunt/Filter
Figura 4. Sistema de potencia balanceado
Como se puede observar las condiciones de sobrecarga se balancearon, ya que la línea (1) paso de estar sobrecargada al 94.85% a estar en 115.71% y la línea (2) paso de estar al 141.65% a estar en 120.08%.
Sin embargo esta condición de sobrecarga no cumple todavía con el criterio impuesto en clase. Para solucionar dicho problema se propone implementar una compensación capacitiva en la barra 2, con el fin de disminuir el exceso de reactivos. En la Fig. 5 se puede observar que las condiciones de sobrecarga mejoran notoriamente, ya que el generador de la barra 3 no se encuentra sobrecargado y las líneas (Line (1), Line (2)) bajan su condición de sobrecarga en promedio un 17.8% Esto se debe gracias a la disminución de reactivos, recuerde que la energía reactiva causa una excesiva circulación de corriente en los conductores, causando sobrecargas en estos, sin producir un trabajo útil, razón por la cual es necesario corregirla para optimizar las instalaciones eléctricas, del circuito que se esté trabajando.
1 G
~ G
2 4 2 9 , 3 , 5 1 6 , 0 1 0 2 - 4
Line
1 3 7 , 0 7 , 0 5 , 0 1 5 -
0 0 8 0 , 9 1 0 4 , 7 , 0 2 2 6
2 0 7 , 9 9 , 5 , 0 - 9 5
9 6 1 , 4 0 , 6 1 , 3 0 5 - 0 2 1
2 1 8 7 , 9 5 , 0 , 2 0 4 0 2 1 1
5 7 , 2 0 2 0 , 0 , 1 1 0 1
G ~
2 G
0 3 , 3 5 0 3 0 , , 1 1 0 - 1
3
1 ) 1 ( e
) 2 ( e
-200,23 14,89 103,06
-199,77 -5,75 102,58
n i L
2
112,49 1,02 -2,76
Inactive Out of Calculation De-energized
n i L
400,00 200,00
General Load
Low and High Voltage / Loading
0,00 -209,14
Lower Voltage Range < 0,95 p.u. Higher Voltage Range > 1,05 p.u. Loading Range > 80, % > 100, %
Shunt/Filter
Figura 5. Sistema de potencia balanceado y compensado
2. Determinar el flujo de carga teniendo en cuenta la dependencia de la carga con la tensión. En la Fig. 7 se puede observar los resultados del flujo de carga, considerando dependencia en la tensión en cargas, para realizar dicha simulación hay que configurar los siguientes parámetros, en la ventana emergente de flujo de carga ( ver Fig. 6 )
Figura 6. Condiciones flujo de carga considerando dependencia de la tensión en cargas
1 G
~ G
1 6 2 , 5 0 , 9 9 1 3 , 1 1 4 2 -
Line
3 7 1 6 0 , , 2 , 1 5 1 6 -
0 1 6 0 , 0 4 0 1 , 7 , 0 2 3 6
6 3 6 0 , 4 , 2 0 , 5 - 1 6
4 2 6 1 , 6 , 4 4 , 9 1 0 - 0 2 1
6 8 4 0 , 5 0 , 5 0 , 5 0 2 0 2 1
5 7 , 2 0 2 0 , 0 , 1 1 0 1
G ~
2
G
0 3 , 3 7 1 3 0 , , 1 1 0 1
3
1 ) 1 ( e
) 2 ( e
n i L
-213,05 10,95 109,66
2
112,33 1,02 -2,93
Inactive Out of Calculation De-energized
n i L
-204,06 -10,95 105,04
417,12 208,56
General Load
Low and High Voltage / Loading
0,00 -208,56
Lower Voltage Range < 0,95 p.u. Higher Voltage Range > 1,05 p.u. Loading Range > 80, % > 100, %
Shunt/Filter
Figura 7. Flujo de carga con dependencia de Tensión.
3. Analizar los resultados y comparar con el punto anterior. La diferencia entre los resultados obtenidos en el literal 1 y en el 2 radica en que cuando no se considera dependencia de voltaje en las cargas DigSilent internamente considera este flujo de carga como en operación normal donde es permisible representar tales cargas como cargas constantes PQ. Cuando se considera dependencia de la tensión, el DigSilent internamente considera este flujo de carga en operaciones anormales. Por ejemplo: durante una situación de colapso de voltaje, la dependencia del voltaje debe ser tenida en cuenta en las cargas. Ante tales eventos el DigSilent determina las potencias activas y reactivas en las cargas con las siguientes ecuaciones expuestas en la Fig. 8, donde el subíndice 0 indica las condiciones de operación inicial, las cuales se configura dentro del cuadro de dialogo de Load Type. Los exponentes que se muestran en dichas ecuaciones, modela confiablemente el comportamiento inherente de una carga. Los valores de dichos exponentes dependen de la carga que se quiera modelar.
Figura 8. Ecuaciones de dependencia de voltaje en las cargas DigSilent
Nota: Cuando no se incluyen dichos parámetros el DigSilent, toma valores internamente por defecto.
4. Determinar el corto circuito trifásico en todas las barras del sistema, mediante la norma IEC y con el método completo. Comparar entre los resultados y analizar.
Figura 9. Cálculos de cortocircuito 3 con método IEC 60909
Figura 10. . Cálculos de cortocircuito 3 con método completo
La diferencia entre los dos métodos radica en que la norma IEC es usada para diseños y el método completo es cuando se quiere observar más detalladamente fenómenos reales. Sin embargo la norma IEC es muy útil porque es un procedimiento simplificado del método completo, que permite verificar la nominación de los equipos existentes, ajustes de los dispositivos de protección del sistema eléctrico, conceptualizar re-diseñar y corregir el arreglo del sistema eléctrico, la puesta a tierra del neutro de las partes metálicas no conductoras, etc. En otras palabras es un método más práctico, que permite llegar a resultados confiables; además de que permite variar el factor de voltaje, lo cual me da un índice de que grado de seguridad se quiere implementar y hasta donde es viable. 5. Mediante una simulación dinámica en el tiempo, realizar una falla trifásica en la línea 1-3 al 50%, con un tiempo de despeje de falla de 100ms. Determinar P,Q, frecuencia y voltaje del de ambos generadores en el tiempo. Analizar las gráficas de la simulación.
1 G
~ G
1 4 1 4 , 5 3 2 7 , 0 , 0 2 4
Line
0 0 0 0 , 0 , 0 , 0 0 0
0 5 7 9 , 6 8 9 6 , 6 , 9 1 1 6
0 0 0 0 , 0 , 0 , 0 0 0
G ~
2
G
Distance: 0,50 0,00 0,00 1 0 4 , 4 7 , 3 2 , 3 0 7 - 0 2 1
0 5 4 9 , 6 1 , 9 , 2 9 6 0 1 1 1
6 7 , 3 8 2 0 , 0 , 1 1 1 1
0 4 , 3 0 3 0 , 0 , 1 1 1 1
3
1 ) 1 ( e n i L
) 2 ( e n i L
-201,43 16,72 103,70
2
112,54 1,02 -1,69
Inactive Out of Calculation De-energized
-198,96 -7,56 102,14
400,39 200,19
General Load
Low and High Voltage / Loading
0,00 -209,35
Shunt/Filter
Figura 11. Cortocircuito trifásico en la línea (Line)
Lower Voltage Range < 0,95 p.u. Higher Voltage Range > 1,05 p.u. Loading Range > 80, % > 100, %
Figura 12. Simulación dinámica sin regulador de voltaje y sin gobernador
6. Seleccionar de la librería del software reguladores de voltaje y velocidad diferentes para ambos generadores y repetir el punto 5. Comparar ambos resultados y presentar los análisis de las diferencias.
Figura 13. Simulación dinámica con regulador de voltaje y gobernador
Cuando se implementa el regulador de voltaje y el gobernador en los dos generadores, se puede observar que el sistema trata de recuperar la estabilidad, ya que la frecuencia no crece indefinidamente gracias a la acción del gobernador de reducir la potencia mecánica ante la contingencia presentada para este caso; esto hace que el área de la energía acelerante no sea muy mayor que la área de la energía frenante, por lo tanto los generadores recuperan el ángulo de estabilidad a lo largo de la simulación. En la gráfica de tensión por unidad se puede observar la acción del regulador de voltaje, ya que ante la contingencia presentada, la tensión en las barras 1 y 3 trata de estar en un valor de 1 p.u. Por último se puede observar una de las condiciones más importantes en un sistema de potencia y es que el despacho de potencia activa después de la contingencia tiende a estabilizarse en un valor constante y cercano al de despacho original de los generadores, por lo tanto las cargas conectadas al sistema de potencia no serán impactadas tan drásticamente, como sería el caso en que los generadores no tuviera dichos controles.
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