Análisis del riesgo de la red de transmisión de los sistemas de potencia desregulados

Abstract

Un sistema de potencia en régimen estacionario opera dentro sus parámetros nominales de voltaje y frecuencia; existe un balance entre las potencias activa y reactiva generadas y las consumidas. Sin embargo, cualquier cambio en la potencia generada, potencia demandada o en el sistema mismo, produce cambios en su funcionamiento, ocasionando que el sistema oscile hasta que alcanza otro punto de equilibrio entre la generación y la carga. Estos cambios ocurren de forma permanente en los sistemas de potencia y son compensados mediante los sistemas de control. A medida que estas oscilaciones se incrementan con respecto al tiempo, puede llegar un momento en el cual el sistema no alcance un punto de equilibrio y por lo tanto uno o varios de los generadores no pueden mantener el sincronismo (el paso) con el resto del grupo y salen de sincronía. Si estos generadores no son retirados del sistema por la acción rápida de las protecciones pueden presentar daños severos a las turbinas y demás componentes del generador. El principal trabajo de las protecciones es detectar el tipo de oscilación presentada para poder ejercer alguna acción y minimizar el problema. La protección encargada de este trabajo es la protección de distancia, la cual a través de unidades supervisoras denominadas Blinders, mide en el plano de impedancia compleja la velocidad a la que la oscilación se acerca a la Zona de protección y determina si la oscilación es estable o inestable para ejercer la acción correspondiente de bloqueo o disparo. La determinación de la acción de bloqueo o disparo a realizar por el tipo de oscilaciones de potencia no es una tarea fácil para las protecciones, ya que una acción incorrecta puede en lugar de ayudar, afectar al sistema y ocasionar una salida no necesaria de equipos, particionado el sistema y ocasionando un problema mayor que puede derivar en una salida en cascada de generadores y en un posible colapso de todo el sistema. En esta tesis se presenta el modelado en PSCAD® de la protección de distancia aplicada a la condición fuera de paso, mediante la detección e identificación de oscilaciones de potencia estables e inestables generadas en un sistema de potencia de prueba con tres máquinas y nueve buses, en donde al aplicar una falla a la mitad de una línea de transmisión se provoca dicha condición de oscilación y por medio de relevadores de distancia instalados en los extremos de cada línea, se observa el comportamiento de las oscilaciones en todo el sistema y se ejecuta una acción por cada relevador para el tipo de oscilación vista. Se presentan diferentes casos para el tiempo de liberación de la falla desde que el sistema es estable hasta que el tiempo de liberación de la falla sobrepasa el límite máximo de estado estable del sistema y se pierde un generador. La detección de las oscilaciones de potencia, se realiza con un modelo de relevador de distancia compuesto por comparadores tipo MHO para la detección de fallas en las líneas de transmisión y comparadores cuadrilaterales para la detección de oscilaciones de potencia, en el cual se implementó una lógica de bloqueo y disparo por oscilaciones de potencia estables e inestables así como el disparo por fallas dentro en la línea, tomando como base una lógica de operación usada en relevadores comerciales.