6.1 Oscilación de Potencia

OSCILACIOSCILACIÓÓN DE N DE POTENCIAPOTENCIA

Marzo Marzo -- 20102010

Ing. Luis Felipe Ing. Luis Felipe HernandezHernandez Zevallos Zevallos Especialista en Especialista en ProteccionProteccion de Sistemas de Potenciade Sistemas de Potencia

COLEGIO DE INGENIEROS DEL PERUCOLEGIO DE INGENIEROS DEL PERU

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OSCILACIOSCILACIÓÓN DE POTENCIAN DE POTENCIA

Desarrollo de la presentaciDesarrollo de la presentacióónn

DefinicionesDefiniciones FenFenóómeno de Oscilacimeno de Oscilacióón de Potencian de Potencia Efectos en los relEfectos en los reléés de proteccis de proteccióón de las n de las

llííneas de trasmisineas de trasmisióónn MMéétodos para la deteccitodos para la deteccióónn FilosofFilosofíía de proteccia de proteccióónn

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DEFINICIONES (1)DEFINICIONES (1) OscilaciOscilacióón de potencia n de potencia ((powerpower swing)swing): :

VariaciVariacióón en la potencia trifn en la potencia trifáásica, debida al sica, debida al avance o retroceso de los avance o retroceso de los áángulos relativos entre ngulos relativos entre generadores, como respuesta a cambios en la generadores, como respuesta a cambios en la magnitud de la carga, faltas y otras magnitud de la carga, faltas y otras perturbaciones en el sistema.perturbaciones en el sistema.

OscilaciOscilacióón de potencia estable:n de potencia estable: Es estable si los generadores no pierden el paso Es estable si los generadores no pierden el paso

polar y el sistema alcanza un nuevo estado de polar y el sistema alcanza un nuevo estado de equilibrio.equilibrio.

OscilaciOscilacióón de potencia inestable:n de potencia inestable: Es inestable si un generador o grupo de Es inestable si un generador o grupo de

generadores pierde el paso polar. generadores pierde el paso polar.

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DEFINICIONES (2)DEFINICIONES (2) CondiciCondicióón de pn de péérdida de paso polar rdida de paso polar

(out(out--ofof--stepstep conditioncondition)): : OscilaciOscilacióón de potencia inestable.n de potencia inestable.

Centro elCentro elééctrico del sistema o tensictrico del sistema o tensióón n cero cero ((electricalelectrical systemsystem centercenter oror voltagevoltage zerozero)):: Es el punto o puntos del sistema elEs el punto o puntos del sistema elééctrico ctrico

donde la tensidonde la tensióón se hace cero durante n se hace cero durante una oscilaciuna oscilacióón de potencia inestable.n de potencia inestable.

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FENFENÓÓMENO (1)MENO (1)

El sistema de potencia, en rEl sistema de potencia, en réégimen gimen estacionario, opera muy cerca de su estacionario, opera muy cerca de su frecuencia nominal y las magnitudes frecuencia nominal y las magnitudes de las tensiones en las diferentes de las tensiones en las diferentes barras no varbarras no varíían man máás de un 5%.s de un 5%.

Existe una balance entre la potencia Existe una balance entre la potencia activa y reactiva generada y la activa y reactiva generada y la consumida.consumida.

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FENFENÓÓMENO (2)MENO (2) Cualquier cambio en la potencia Cualquier cambio en la potencia

generada, potencia demandada o en el generada, potencia demandada o en el sistema de potencia causa cambios en sistema de potencia causa cambios en la potencia del sistema, oscilando la potencia del sistema, oscilando hasta alcanzar otro punto de equilibrio hasta alcanzar otro punto de equilibrio entre la generacientre la generacióón y la carga.n y la carga.

Estos cambio ocurren Estos cambio ocurren permanentemente y son compensados permanentemente y son compensados por los sistemas de control.por los sistemas de control.

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Faltas en el sistema de potenciaFaltas en el sistema de potencia Conexiones de lConexiones de lííneas de trasmisineas de trasmisióónn Desconexiones de generadoresDesconexiones de generadores PPéérdida o aplicacirdida o aplicacióón de grandes n de grandes

bloques de cargabloques de cargaCausanCausan Oscilaciones de potenciaOscilaciones de potencia

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Dependiendo de la perturbaciDependiendo de la perturbacióón y n y de la accide la accióón de los controladores n de los controladores las oscilaciones pueden serlas oscilaciones pueden ser EstablesEstables InestablesInestables

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La oscilaciLa oscilacióón de potencia puede hacer n de potencia puede hacer que la impedancia vista por un relque la impedancia vista por un relééentre en su caracterentre en su caracteríística de operacistica de operacióón.n.

La operaciLa operacióón de estos reln de estos reléés puede s puede hacer que salgan de servicio lhacer que salgan de servicio lííneas de neas de trasmisitrasmisióón u otros componentes, n u otros componentes, haciendo mhaciendo máás ds déébil el sistema, bil el sistema, aumentando la gravedad de la aumentando la gravedad de la perturbaciperturbacióón.n.

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FENFENÓÓMENO (6)MENO (6) Los relLos reléés de distancia propensos a s de distancia propensos a

operar durante una oscilacioperar durante una oscilacióón de n de potencia deben ser bloqueados potencia deben ser bloqueados temporalmente.temporalmente.

En los relEn los reléés de distancia modernos se s de distancia modernos se tienen disponibles las funciones:tienen disponibles las funciones: PSB: Bloqueo por oscilaciPSB: Bloqueo por oscilacióón de potencia n de potencia

((powerpower swing swing blockingblocking)).. OST: Disparo por oscilaciOST: Disparo por oscilacióón de potencia n de potencia

(out(out--ofof--stepstep trippingtripping))..

1111


PSB: Bloqueo por oscilaciPSB: Bloqueo por oscilacióón de n de potencia:potencia: Esta funciEsta funcióón permite diferenciar entre una n permite diferenciar entre una

falta o falla y una oscilacifalta o falla y una oscilacióón de potencia. n de potencia. Bloquea el relBloquea el reléé de distancia, previene el de distancia, previene el

disparo durante una oscilacidisparo durante una oscilacióón de n de potencia.potencia. Debe detectar y despejar las faltas que Debe detectar y despejar las faltas que

ocurren durante una oscilaciocurren durante una oscilacióón de n de potencia. potencia.

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FENFENÓÓMENO (8)MENO (8) El disparo indebido de interruptores El disparo indebido de interruptores

durante una oscilacidurante una oscilacióón de potencia n de potencia puede causar dapuede causar dañño al equipamiento y o al equipamiento y contribuir al apagcontribuir al apagóón en varias n en varias ááreas del reas del sistema.sistema.

Es necesario, el disparo controlado de Es necesario, el disparo controlado de ciertos elementos en determinados ciertos elementos en determinados puntos del sistema para evitar dapuntos del sistema para evitar dañño al o al equipamiento y minimizar los efectos equipamiento y minimizar los efectos de la perturbacide la perturbacióón.n.

1313


OST: Disparo por oscilaciOST: Disparo por oscilacióón de n de potencia:potencia: Esta funciEsta funcióón diferencia entre una n diferencia entre una

oscilacioscilacióón estable de una inestable.n estable de una inestable. Permite disparar algunos elementos del Permite disparar algunos elementos del

sistema para evitar el dasistema para evitar el dañño de los equipos o de los equipos y que la perturbaciy que la perturbacióón se extienda por el n se extienda por el sistema.sistema.

1414


Con la separaciCon la separacióón del sistema en n del sistema en ááreas reas no siempre se alcanza el balance no siempre se alcanza el balance generacigeneracióónn--carga, en cada una de carga, en cada una de ellas. ellas.

En estos casos, se implementa un En estos casos, se implementa un sistema de rechazo de carga o rechazo sistema de rechazo de carga o rechazo de generacide generacióón, para evitar el apagn, para evitar el apagóón n en esas en esas ááreas.reas.

1515

EFECTO SOBRE LOS RELEFECTO SOBRE LOS RELÉÉS DE PROTECCIS DE PROTECCIÓÓN N DE LAS LDE LAS LÍÍNEAS DE TRANSMISINEAS DE TRANSMISIÓÓN (1)N (1)

Los relLos reléés de distancia responden a los s de distancia responden a los valores de secuencia positiva.valores de secuencia positiva.

La impedancia medida por el relLa impedancia medida por el reléédurante una oscilacidurante una oscilacióón de potencia n de potencia varvaríía en funcia en funcióón del n del áángulo ngulo entre las entre las tensiones equivalentes del sistema.tensiones equivalentes del sistema.

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• Los relés de distancia responden a los valores de secuencia positiva.

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•• EESS estestáá desfasada desfasada de Ede ERR

•• Impedancia medida por los relImpedancia medida por los reléés de distancia s de distancia en Aen A

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EFECTO SOBRE LOS RELEFECTO SOBRE LOS RELÉÉS DE PROTECCIS DE PROTECCIÓÓN N DE LAS LDE LAS LÍÍNEAS DE TRASMISINEAS DE TRASMISIÓÓN (4)N (4)

•• Trayectoria de la impedancia durante Trayectoria de la impedancia durante una oscilaciuna oscilacióón de potencian de potencia

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MMÉÉTODOS PARA LA DETECCITODOS PARA LA DETECCIÓÓN: N: CONVENCIONALES (1)CONVENCIONALES (1)

Se basan en el cSe basan en el cáálculo de la lculo de la impedancia de secuencia positiva.impedancia de secuencia positiva.

RRéégimen estacionario: la impedancia gimen estacionario: la impedancia medida es la impedancia de carga.medida es la impedancia de carga.

Durante una falta: la impedancia se Durante una falta: la impedancia se mueve rmueve ráápido desde la impedancia de pido desde la impedancia de carga hasta la de falta.carga hasta la de falta.

OscilaciOscilacióón de potencia: la impedancia n de potencia: la impedancia se mueve lento.se mueve lento.

2020


Los esquemas convencionales de PSB Los esquemas convencionales de PSB utilizan la diferencia en la velocidad de utilizan la diferencia en la velocidad de la impedancia para diferenciar entre la impedancia para diferenciar entre una falta y una oscilaciuna falta y una oscilacióón de potencia.n de potencia.

2121


CaracterCaracteríísticas concsticas concééntricas:ntricas: Para medir la velocidad de la variaciPara medir la velocidad de la variacióón n

de la impedancia, se mide el tiempo de la impedancia, se mide el tiempo que requiere la impedancia para que requiere la impedancia para atravesar dos caracteratravesar dos caracteríísticas sticas concconcééntricas de impedancia.ntricas de impedancia.

La detecciLa deteccióón de la oscilacin de la oscilacióón de n de potencia se realiza antes que la potencia se realiza antes que la impedancia entre en la caracterimpedancia entre en la caracteríística stica de operacide operacióón.n.

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MMÉÉTODOS PARA LA DETECCITODOS PARA LA DETECCIÓÓN: CONVENCIONALES (4)N: CONVENCIONALES (4)

2323


CaracterCaracteríísticas blinder (2 rectas):sticas blinder (2 rectas): Para medir la velocidad de la variaciPara medir la velocidad de la variacióón n

de la impedancia, se mide el tiempo de la impedancia, se mide el tiempo que la impedancia requiere para que la impedancia requiere para atravesar las dos rectas.atravesar las dos rectas.

Se optimiza el esquema si las rectas Se optimiza el esquema si las rectas son paralelas a la impedancia de la son paralelas a la impedancia de la llíínea.nea.

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MMÉÉTODOS PARA LA DETECCITODOS PARA LA DETECCIÓÓN: CONVENCIONALES (6)N: CONVENCIONALES (6)

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CaracterCaracteríísticas blinder (1 recta):sticas blinder (1 recta): Este tipo de esquema se utiliza como Este tipo de esquema se utiliza como

OST.OST. Este esquema retrasa el disparo hasta Este esquema retrasa el disparo hasta

que la oscilacique la oscilacióón ya pasn ya pasóó los 180los 180°° y las y las tensiones se esttensiones se estáán volviendo a poner n volviendo a poner en fase.en fase.

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CaracterCaracteríísticassticas

Este tipo de esquema se utiliza como OST.Este tipo de esquema se utiliza como OST. Algoritmo que describe el esquema:Algoritmo que describe el esquema:

R

0112 dtdRTRRY

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2828

MMÉÉTODOS PARA LA DETECCITODOS PARA LA DETECCIÓÓN: N: ADICIONALES (1)ADICIONALES (1)

CCáálculo continuo de la impedancialculo continuo de la impedancia

Este mEste méétodo determina la condicitodo determina la condicióón de n de oscilacioscilacióón de potencia calculando la n de potencia calculando la impedancia en forma continua.impedancia en forma continua.

Calcula la impedancia cada 5ms y se Calcula la impedancia cada 5ms y se compara con la calculada 5ms antes. compara con la calculada 5ms antes.

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MÉTODOS PARA LA DETECCIÓN: ADICIONALES (2)

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CCáálculo continuo de la impedancialculo continuo de la impedancia ΔΔtt = 5 = 5 msms

NN--1:1:CCáálculo de lculo de Zv_NZv_N--11

N:N:CCáálculo de Zv_Nlculo de Zv_NPredicciPrediccióón de Zv_N+1_esperada, segn de Zv_N+1_esperada, segúún Zv_N, n Zv_N, Zv_NZv_N--1 y 1 y ΔΔtt

N+1:N+1:CCáálculo de lculo de Zv_NZv_N+1+1ComparaciComparacióón de n de Zv_NZv_N+1 con +1 con Zv_NZv_N+1_esperada+1_esperadaDeterminaciDeterminacióón de si hay oscilacin de si hay oscilacióón de potencian de potenciaPredicciPrediccióón de Zv_N+2_esperada, segn de Zv_N+2_esperada, segúún Zv_N+1, Zv_N y n Zv_N+1, Zv_N y ΔΔtt

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SincrofasoresSincrofasores En una oscilaciEn una oscilacióón de potencia el n de potencia el áángulo de ngulo de

las tensiones de las barras reflejan cambios las tensiones de las barras reflejan cambios en la velocidad de rotacien la velocidad de rotacióón.n.

Actualmente se puede medir en forma Actualmente se puede medir en forma sincronizada los sincronizada los áángulos de diferentes barras ngulos de diferentes barras del sistema.del sistema.

Cuando se detecta oscilaciCuando se detecta oscilacióón de potencia, se n de potencia, se realiza una separacirealiza una separacióón del sistema o un n del sistema o un rechazo de carga.rechazo de carga.

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SincrofasoresSincrofasores Considerando un sistema con dos Considerando un sistema con dos

mmááquinas, medir quinas, medir ΔδΔδ y calcular en tiempo y calcular en tiempo real el criterio de igual real el criterio de igual áárea, para determinar rea, para determinar establilidadestablilidad o no.o no.

Usar algoritmos predictivos de la variaciUsar algoritmos predictivos de la variacióón n de de δδ(t(t) y comparar con la medida de los ) y comparar con la medida de los sincrofasores en barras estratsincrofasores en barras estratéégicas.gicas.

3333


Centro de oscilaciCentro de oscilacióón SCV (swing n SCV (swing centercenter voltagevoltage):): SCV: se define como el punto del sistema SCV: se define como el punto del sistema

(equivalente de 2 fuentes), donde la tensi(equivalente de 2 fuentes), donde la tensióón n es cero y el es cero y el áángulo entre los sistemas es:ngulo entre los sistemas es:

= 180= 180°° Este punto se puede aproximar por:Este punto se puede aproximar por:

donde Vdonde VSS tensitensióón local, n local, áángulo entre la tensingulo entre la tensióón n y corriente.y corriente.

cosSVSCV

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3535


Centro de oscilaciCentro de oscilacióón SCV:n SCV:

La derivada de SCV1 es:La derivada de SCV1 es:

2cos11

ESCV

dtdsenE

dtSCVd

2211

cosSVSCV

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Centro de oscilaciCentro de oscilacióón SCV:n SCV:

dtdsenE

dtSCVd

2211

11 10 SCVpuSCV

máximodt

SCVdSCVSi 1

1 0180

mínimodt

SCVdSCVSi 1

1 10

21120 1 SCVSi

2cos11

ESCV

3737

FILOSOFFILOSOFÍÍA DE PROTECCIA DE PROTECCIÓÓN ANTE N ANTE OSCILACIONES DE POTENCIA (1)OSCILACIONES DE POTENCIA (1)

La filosofLa filosofíía para la aplicacia para la aplicacióón de los n de los esquemas PSB y OST es:esquemas PSB y OST es: Evitar dispara cualquier elemento del sistema Evitar dispara cualquier elemento del sistema

durante una oscilacidurante una oscilacióón de potencia estable.n de potencia estable. Proteger el sistema de potencia durante Proteger el sistema de potencia durante

oscilaciones inestables.oscilaciones inestables.

Se debe diseSe debe diseññar un sistema de disparo para ar un sistema de disparo para separar en separar en ááreas el sistema, en condiciones reas el sistema, en condiciones de oscilacide oscilacióón de potencia inestable.n de potencia inestable.

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Los esquemas de disparo por oscilaciLos esquemas de disparo por oscilacióón de n de potencia estpotencia estáán disen diseññados para proteger el ados para proteger el sistema durante oscilaciones inestables, sistema durante oscilaciones inestables, separando en separando en ááreas, de manera de mantener reas, de manera de mantener la estabilidad dentro de cada la estabilidad dentro de cada áárea.rea.

Los esquemas de disparos deben estar Los esquemas de disparos deben estar instalados cerca del centro elinstalados cerca del centro elééctrico del ctrico del sistema, para mantener el balance entre sistema, para mantener el balance entre generacigeneracióón y carga.n y carga.

Los esquemas de disparo deben evitar Los esquemas de disparo deben evitar disparar cuando el disparar cuando el áángulo entre los sistemas ngulo entre los sistemas es cercano a 180es cercano a 180°°..

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Los esquemas de disparo OST estLos esquemas de disparo OST estáán n acompaacompaññados con esquemas de bloqueo PSB ados con esquemas de bloqueo PSB para evitar disparos indeseados.para evitar disparos indeseados.

Los esquemas de bloqueo son instalados en Los esquemas de bloqueo son instalados en otros puntos del sistema, para evitar la otros puntos del sistema, para evitar la separaciseparacióón del mismo de manera no n del mismo de manera no controlada.controlada.

Estos esquemas estEstos esquemas estáán acompan acompaññados con ados con sistemas de rechazo de carga y disparo de sistemas de rechazo de carga y disparo de generacigeneracióón.n.

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¡¡Gracias por su atenciGracias por su atencióón!n!

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