Control de potencia-frecuencia

October 26, 2009

Chapter 1

Control primario de un generador.

1.1 Simulink.

Se va a utilizar el simulink de matlab para realizar el control primario de un generador.

Los pasos para utilizar el simulink son los siguientes:

Se arranca el programa matlab.

En la ventana de comando (command windows) se escribe simulink y se pulsa la tecla return, y empieza a funcionar el simulink

1.2 Modelo generador y carga de un sistema de potencia.

Los datos que se utilizan son en por unidad, para lo cual tendremos

• Sbase: potencia base en MVA utilizada en el estudio.

• Ωbase = Ωo que corresponde a la velocidad de sincronismo del generador.

Supongamos que tenemos un generador con los siguientes datos:

• H: la energía cinética acumulada en el eje a la velocidad de sincronismo dividida entre la potencia base (unidades segundos).

Supongamos que tenemos una carga con los siguientes datos:

1

CHAPTER 1. CONTROL PRIMARIO DE UN GENERADOR. 2

• Peo: carga que suministra el generador con condiciones estables (en MW). En por unidad sería Peopu= Peo/Sbase.

• D: constante que relaciona el incremento de potencia de la carga cuando se varia la frecuencia. La constante D expresandaen por unidad sería: D = (%incremento carga/%incremento frecuencia) ∗ Peo

Sbase.

El diagrama de bloque que corresponde al modelo generador-carga sería el siguiente:

Donde

4Ω: incremento de la velocidad por unidad (corresponde con el incremento de frecuencia por unidad); 4Pm: es el incrementode potencia de entrada de la turbina en por unidad y 4Pl sería el incremento de carga (por unidad).

Vamos diagrama este diagrama de bloque en simulink, sunponiendo que el generador sufre una variación brusca de la carga, quecorresponde a un escalón (step).

En la ventana de simulink (Library: simulink), vamos al menú File y seleccionamos New (nuevo) y luego modelo (Model), y saleuna nueva ventana

Para colocar el bloque 12Hs+D pinchamos (dos veces) en la ventana library: simulink el objeto continous y sale otra ventana,

donde se elige el bloque 1s+1 , el cual se arrastra hasta la ventana en la cual vamos a hacer el modelo

Para poner los valores correspondientes a 12Hs+D pinchamos en el bloque y saldra otra ventana donde introducimos los datos y

luego OK. Los bloque se pueden girar en la pantalla, seleccionandolos y apretando las teclas control, R a la vez

CHAPTER 1. CONTROL PRIMARIO DE UN GENERADOR. 3

Los demás bloque se hacen de igual manera:

Se eligen los objetos en la ventana library: simulink

El sumatorio se selecciona math operations (operaciones matemáticas) y se selecciona el objeto sum

El cambio en la potencia eléctrica (función escalón) se selecciona sources (fuentes) y se elige el objeto step

CHAPTER 1. CONTROL PRIMARIO DE UN GENERADOR. 4

Vamos ver el resultado (gráca de la variación del incremento de velocidad), se selecciona skins y se elige el objeto scope

Después se unen los bloques

Para realizar la simulación tenemos que indicar el tiempo que dura la simulación. Para ello se selecciona en el menu simulationsconguration parameters y se cambia el valor de stop time

Luego en el menu simulations se elige start y comienza la simulación. Para ver el resultado se pincha en el objeto scope y apareceel gráco. Los anteojos sirven para que la gráca se vea completa en la pantalla entre sus valores mínimo-máximo

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1.3 Inclusión de un regulador isócrono

Vamos a incluir el bloque K/s. Para ello se vuelve a introducir un bloque semejante a 1s+1

1.4 Inclusión del estatismo

Se utiliza la curva estática que relaciona la frecuencia con la potencia (característica del regulador de la turbina)

El diagrama de bloques del estatismo es

CHAPTER 1. CONTROL PRIMARIO DE UN GENERADOR. 6

donde Tg = 1/(KR)

El modelo con estatismo sería

Como no se consigue que el incremento de velocidad sea nulo, debemos introducir una variable que es la potencia de referenciadel generador.

1.5 Inclusión de una potencia de referencia

La acción de modicar la consigna de potencia equivale grácamente a desplazar verticalmente la característica frecuencia-potencia.

El modelo sería

La consigna de referencia se introduce seleccionando constant en la libreria fuentes.

1.6 Inclusión del bloque correspondiente a la turbina.

El diagrama de bloques de una turbina simple es el siguiente

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El modelo de la turbina relaciona los cambios en la salida de la potencia mecánica 4Pm a cambios en la posición de la válvulade entrada 4PV . La constante de tiempo suele variar entre 0.2 y 2 segundos.

El modelo incluido el de la turbina sería

1.7 Modelo con un acción integral para la potencia de referencia.

Tendríamos el modelo

Equivalente a

La función de transferencia es4Ω−4PL

=(1 + Tgs)(1 + TT s)

s(1 + sTg)(2Hs+D) +KI + sR

= H(s)

CHAPTER 1. CONTROL PRIMARIO DE UN GENERADOR. 8

1.8 Control de generadores situados en dos áreas distintas.

Supongamos que tenemos dos áreas, y en cada una hay un generador unidas mediante una línea de enlace.

El circuito equivalente es

X12 = X1 +X2 +Xtie; E1 = |E1|∠δ1; E2 = |E2|∠δ2En operación normal, la potencia transferida a través de la línea de enlace es

P12 =|E1||E2|X12

sin(δ12)

donde δ12 = δ1 − δ2Para pequeñas desviaciones de potencia podemos linealizar la ecuación alrededor del punto de funcionamiento δ120

4P12 = (dP12

dδ12|δ120)4δ12 = Ps4δ12 =

|E1||E2|X12

cos(δ12o)4δ12

Tendremos por lo tanto4P12 = Ps(δ1 − δ2)

Esta ecuación representa el ujo de potencia entre las dos áreas. Si la diferencia de ángulos es positiva, implica que la potenciauye del área 1 al área 2.

El modelo de bloques que representa los dos generadores, el control y la línea es el siguiente

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Un incremento en P12 equivale a una disminución de la carga del área 1 y a un aumento de la carga del área 2.

Para controlar la potencia de referencia de cada área se realiza una acción integral

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y se utiliza dos bloques de valores B1 = (1/R1) +D1 y B2 = (1/R2) +D2