En esta tesis se presenta el desarrollo de una herramienta potente y de manejo sencillo para la realización de estudios de estabilidad de pequeña señal mediante análisis modal, con el fin de poder analizar las posibles oscilaciones en grandes sistemas eléctricos potencia. Para lograr esto se propone un método para la construcción, en forma matricial, del sistema lineal de ecuaciones diferencial - algebraica (DAE, de sus siglas en ingles) de un sistema de potencia. Disponer del sistema DAE permite calcular coeficientes que caractericen la Observabilidad y Controlabilidad de los modos de oscilación existentes. La herramienta de cálculo desarrollada se denomina "Sistema Informático para Análisis Modal", o simplemente "SIAM" por su acrónimo, y consiste en una segunda versión (v2.0) de un programa para realizar análisis modal desarrollado por el IITREE-LAT (Instituto de Investigaciones Tecnológicas para Redes y Equipos Eléctricos - Laboratorio de Alta Tensión) de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de La Plata, entre los años 2008 y 2011. Para esta nueva versión del SIAM fue necesario realizar la linealización de los modelos de generadores, reguladores automático de tensión y estabilizadores de sistemas de potencia, además de las ecuaciones que relacionan el generador a la red y la propia red de sistema. El software sólo requiere los datos correspondientes a la resolución del flujo de carga para el escenario en estudio, los cuales incluyen datos de las barras (o nodos), de los generadores, de las cargas y la matriz de admitancia nodal, la cual describe la estructura del sistema. Además es necesario contar con los nombres y parámetros de ajuste de los modelos empleados para la representación de los generadores, así como también sus respectivos controles asociados. La tesis contiene la descripción y modelado de los distintos tipos de elementos del sistema involucrados en estudios de estabilidad de pequeña señal y los dispositivos FACTS, que pueden utilizarse para aumentar el amortiguamiento de los modos de oscilación. Se describe en forma detallada el método de construcción de la matriz DAE y como ese método se implementa mediante el SIAM. Se describe también el cálculo de índices de controlabilidad y observabilidad. Finalmente la eficacia del método propuesto y el funcionamiento del SIAM se prueban mediante un ejemplo de un sistema 5 áreas, 16 máquinas y 68 barras que representa un equivalente de los sistemas de Nueva Inglaterra (NETS) y Nueva York (NYPS). Los resultados se comparan con aquellos obtenidos mediante un programa comercial. Se calculan los autovalores del sistema, los factores de participación y los factores de forma. Se calculan también los índices de controlabilidad para un SVC y un TCSC, así como los índices de observabilidad en las tensiones de las barra y en las potencias activas por las líneas. Todos estos resultados se muestran mediante las diferentes salidas gráfica que posee el SIAM.
Abstract-In this paper, the field tests conducted by the IITREE-LAT to verify the performance of motor-generators are presented. These machines are used as distributed energy resources (DER) in oil fields and different cities across Argentina.On the basis of these tests, the models regarding generator, power-speed control system and voltage control system are presented.Index Terms-Tests. Synchronous Generator. Motor-generator. Voltage regulator. Governor. I. INTRODUCTIONrestructured distribution network which uses a large number of distributed energy resources can improve the level of system reliability and allow the division of the network according to the required service quality (critical and non-critical loads).The DER, including distributed generation and distributed storage are energy sources that are located near local loads and can provide a significant benefit if correctly operated. The distributed generation units are small energy sources, consisting of photovoltaic cells, wind turbines, fuel cells, microturbines, and motor-generators. These last ones use gas or fossil fuel as primary energy.The motor-generators are equipped with a power-speed control system to regulate the engine speed and an automatic voltage regulator that controls the internal voltage of the synchronous generator, as shown schematically in Fig. 1.The integration of many small-scale generators in the interconnected power system impacts on their operation, control and protection. Given the proliferation of these small generators, there is uncertainty about the effect thereof on the overall system performance.Nowadays, power plants equipped with motor-generators represent a major portion in the total generation and are installed approximately 1000 MW for a total of 23000 MW of generation. these motor-generators, including determination of its dynamic characteristics such as the inertia constant and the determination of excitation and power-speed control systems. This paper presents, as an example, the field tests conducted on two typical power plants equipped with motor-generators. On the basis of these tests, the models regarding generator, power-speed control system (governor) and voltage system control (Automatic Voltage Regulator, AVR) are presented. The simulation results are compared with field records. II. POWER PLANTS DESCRIPTIONPower Plant 1 is composed of 14 motor-generators, 2000 kVA /1600 kW each one and is located in the city of La Rioja, La Rioja. Power plant 2 is composed of 16 motor-generators, 1750 kVA/1400 kW each one and is located in the vicinity of the city of Colonia Catriel, Neuquén.Basic data of two power plants are presented in TABLE I.
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