Modelado lineal de sistemas de potencia

Abstract

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.