Esquemas de Rechazo de Carga por Subfrecuencia y por Mínima Tensión y de Rechazo de Generación por Sobrefrecuencia
Enviado por erick illesca • 5 de Junio de 2020 • Tutorial • 3.209 Palabras (13 Páginas) • 274 Visitas
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Cliente: | COES-SINAC |
Objeto: | Esquemas de Rechazo de Carga por Subfrecuencia y por Mínima Tensión y de Rechazo de Generación por Sobrefrecuencia. |
Orden: | Contrato N°021-2002 COES-SICN del Estudio de Rechazo de Carga/Generación |
Notas: |
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N. de paginas:
9 N. de paginas adjuntas:
ADVANCE \y 530 Fecha de emisión: 30/05/2003
ADVANCE \y 570 Preparado: Ing. J.L. Perez
ADVANCE \y 620 Verificado: Ing. R. Gomez
ADVANCE \y 670 Aprobado: Ing. B. Cova
Indice del Contenido
TOC \o "1-4" 1 Objeto del estudio PAGEREF _Toc42590264 \h 3
2 ALCANCE PAGEREF _Toc42590265 \h 4
3 metodología aplicada PAGEREF _Toc42590266 \h 5
4 Conclusiones PAGEREF _Toc42590267 \h 6
5 recomendaciones PAGEREF _Toc42590268 \h 8
Objeto del estudio
Es la elaboración del estudio de rechazo automático de carga/generación del SEIN con el que se proponen los esquemas para el:
Rechazo automático de carga mediante relés de mínima frecuencia y/o gradiente de frecuencia: este esquema está diseñado para enfrentar las más severas perturbaciones que llevan el sistema a condiciones de subfrecuencia; en estas situaciones se presenta una participación no equitativa de las áreas cuyo propósito es mantener el sistema interconectado en su conjunto. Cuando la tasa de la variación de la frecuencia es moderada las áreas aportarán proporciones semejantes de su demanda para equilibrar los desbalances.
Rechazo automático de Generación mediante relés de sobrefrecuencia: Este esquema está diseñado para controlar la sobrefrecuencia ante eventos que conduzcan a la separación de áreas con fuertes desequilibrios positivos de generación - demanda. Las áreas protegidas por el esquema son el sistema del Norte y el del Sur.
Rechazo automático de carga mediante relés de mínima tensión: este esquema toma en cuenta la necesidad de evitar la ocurrencia de un colapso de tensión en la zona de Lima, ya sea ante la ausencia de medios suficientes de control de tensión y/o cuando ante contingencias, se saturan los vínculos remanentes que proveen su alimentación. Tiene como objetivo intervenir cuando la tensión cae por debajo de los umbrales críticos en los nodos del sistema de UHV, y despejar la carga necesaria para restituir la tensión a valores superiores a dichos umbrales
Los esquemas propuestos tienen como finalidad:
De cumplir con las exigencias de la Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos, garantizando la calidad del servicio en lo que se refiere a las magnitudes frecuencia y tensión del SEIN.
De aumentar la seguridad operativa al SEIN en casos de déficit de generación limitando al mínimo las interrupciones de los suministros de energía a los clientes en casos de emergencia.
De evitar riesgos de desestabilización de las instalaciones de generación y sobrecargas peligrosas en el SEIN
De distribuir lo más equitativamente posible entre los clientes del SEIN la carga a rechazar en cada bloque del esquema de Rechazo Automático de Carga, considerando sin embargo, el criterio de mantener el SEIN completamente interconectado.
ALCANCE
El estudio se circunscribe a las instalaciones del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN).
Los análisis se han desarrollado sobre escenarios típicos previstos para el año 2003 que comprenden la máxima, media y mínima demanda en dos períodos de hidraulicidad, Avenida (alta) y Estiaje (mínima). Se ha contemplado también un escenario de máxima demanda con un despacho de generación atípico en el que se encuentra fuera de servicio la central de Mantaro y Restitución.
Las pruebas efectuadas contemplan el análisis de perturbaciones que originan déficit o exceso de generación tendientes a la verificación de aquellos esquemas que son dependientes de la frecuencia, y de contingencias de red o variación de la demanda para aquel esquema dependiente de la magnitud de la tensión.
El modelado adoptado para la red y para los componentes presentes en el SEIN está lo suficientemente detallado para contemplar todos los fenómenos que se busca representar, ya sea para el análisis en estado estacionario (flujos de carga) como para las simulaciones dinámicas del comportamiento en estado perturbado.
La actividad orientada a la reproducción de las fallas en el sistema, ha permitido obtener en base a la respuesta a los eventos, una aceptable validación del modelo de simulación a ser utilizado en el proceso de verificación de los esquemas propuestos.
metodología aplicada
Los ajustes de los esquemas propuestos se han determinado, en una primera fase, a través de las sensibilidades adquiridas por el Consultor en el comportamiento del SEIN, y en una fase final, se ha refinado el ajuste de estos esquemas por medio de simulaciones empleando para ello un modelo de red muy detallado, que considera la representación completa de cada uno de los componentes del SEIN, y que ha sido validado a través de la reproducción de eventos. Este modelo se ha implementado en el simulador de transitorios PSS/E.
El punto de partida para el estudio son las simulaciones de flujo de carga con el que se han ajustado, para una topología de red que comprende el sistema de transmisión, subtransmisión y distribución, todos los escenarios de referencia suministrados por el COES para las condiciones de máxima, media y mínima generación en la condición
pre-falla del sistema para los períodos de estiaje y avenida previstos para el año 2003.
Para los fines del estudio relativo a significativas variaciones de frecuencia, las contingencias que se pueden presentar en el SEIN se han clasificado en dos tipos; el primer tipo corresponde a la desconexión de centrales y/o grupos de generación considerando el sistema completamente interconectado, y el segundo tipo corresponde a la desconexión de líneas que dan origen a la formación de dos “islas” o áreas en la que una de las “islas” presentará déficit y la otra superávit de generación. Podemos decir entonces que las perturbaciones son:
de tipo creíbles y que corresponden a:
Disparo de una simple línea
Disparo de línea en doble terna sobre la misma torre
Disparo de una unidad de media potencia
de características extremas:
Disparo de las unidades de máxima potencia
Disparo de Centrales o de unidades de centrales
Pérdida de una SE de Muy Alta Tensión
Para los fines del estudio relativo a variaciones lentas de tensión proclives al colapso, las perturbaciones analizadas han sido de contingencias N-1 de red que no provocan desmembramiento del SEIN, seguidas de variaciones en la demanda que representen por ejemplo el aumento de demanda del valor Medio hacia el de Pico.
Conclusiones
El Esquema de Rechazo Automático de Carga por subfrecuencia propuesto para el SEIN ha demostrado un comportamiento aceptable en todas las simulaciones efectuadas, ya sea en términos de la carga desconectada así como en la recuperación de la frecuencia, buscando en lo posible que el SEIN se mantenga completamente unido.
El esquema propuesto se ha implementado en este estudio sólo a modo de ejemplo para verificar el desempeño del mismo. Los detalles de la desagregación de cargas en los escenarios utilizados y aquellas demandas que se han puesto bajo los relés de corte, no tienen más significado que permitir que los estudios puedan ser reproducidos por terceros.
Las demandas por agente/empresa bajo los relés de subfrecuencia descriptas en el informe del estudio, son consecuencia de la aplicación de los porcentajes estipulados en el diseño del esquema a un caso práctico. Si las demandas son diferentes el total de cortes variará en módulo, pero la implementación del esquema debe preservar tanto como sea posible los porcentajes asignados al mismo. La definición definitiva de las cargas sujetas a cortes será el resultado de un conjunto de actividades entre el COES y las empresas involucradas en el esquema de rechazo de carga por subfrecuencia.
Se sugiere la creación de un “Mercado de Cortes”, tal que permita a las empresas del sistema la libertad de contratar los cortes sobre otras empresas y alcanzar los porcentajes indicados. Esto permitirá contemplar las características especiales de algunos procesos de producción, la composición de la demanda en bloques indivisibles (grandes motores, etc.) o diversas modalidades de contratos de suministro.
En las perturbaciones de mayor envergadura el esquema ha demostrado la selectividad de los alivios de carga por derivada de frecuencia, que han permitido un buen recupero de la frecuencia y que, por el carácter de la distribución propuesta para ellos (el área del Centro anticipa los cortes), han evitado el desmembramiento del SEIN. La anticipación de cortes en el área Centro es una manera de evitar consecuencias más graves, puesto que la separación del sistema se produce siempre que el área Norte es exportadora, provocando que ante la separación, en el área Norte, se deba rechazar generación para controlar la sobrefrecuencia, y en el área Centro, se deba cortar carga adicional para compensar el déficit provocado por la separación.
Se ha observado también en algunas simulaciones la necesidad de disponer de una reserva de generación no solamente mayor, sino también mejor distribuida en el SEIN, de manera que contribuya más eficazmente al recupero rápido de la frecuencia respecto del valor nominal. En el ámbito de este proyecto no se ha efectuado una sensibilidad de la respuesta del SEIN con la variación del monto y la ubicación de la reserva, los estudios han considerado el despacho de la reserva rotante tal como se hace en la actualidad, pues es un dato del problema.
La desconexión de cargas muy significativas, pone en riesgo el control de tensiones en las barras de carga del sistema. Es por ello que el esquema de alivios de carga por subfrecuencia se ha complementado con una adecuada desconexión de los elementos compensadores así como la desconexión de 1 de las líneas en UHV para los circuitos dobles de 220 kV en el área SUR. Para el caso particular en que los bancos de compensación pertenecen a filtros de armónicos sintonizados, se pueden dejar fuera del esquema sin que esto cambie la naturaleza de la respuesta global.
Se han presentado para el esquema de corte de carga por subfrecuencia algunos casos de sobredesconexión que se retienen en la norma, teniendo en cuenta que: el esquema en general es proclive a desconectar en exceso o en defecto un escalón más del previsto debido a la característica discreta de los mismos, y también a que una parte de la carga, debido a grandes motores, es de tipo discreta. No obstante ello, el corte por defecto es parcialmente compensado por la etapa de restitución.
En el esquema de corte por subfrecuencia se ha propuesto una etapa de restitución. El tiempo máximo para la desconexión se ha hipotizado compatible con el tiempo tolerado por los generadores para operar a frecuencias bajas, en particular 58.41 Hz. El umbral de frecuencia a la cual debe restituirse se ha fijado en 59.7 Hz, este umbral podría ser menor sin que esto afecte el comportamiento del resto del esquema.
El esquema de rechazo de carga por subfrecuencia propone una desconexión total del 48% de la demanda del SEIN, menor respecto al corte del esquema actual que es del 60%, esta disminución es factible por la distribución en los cortes por gradiente y por el soporte en la selectividad que ofrece el control del perfil de tensión a través de la desconexión de la compensación shunt.
El esquema de rechazo de carga por subfrecuencia propuesto es de implementación inmediata sin necesidad aparente de inversiones adicionales, ya que los escalones de cortes por umbral son 7 como los del esquema actual, mientras que el número de las etapas de corte por gradiente es menor que la del esquema actual, por lo tanto parte de estos relés pueden ser utilizados en el esquema de desconexión de la compensación shunt.
Por último, el esquema de cortes por subfrecuencia no contempla la activación de los esquemas de reposición automática de la carga cortada.
El esquema de control de subtensión ha demostrado ser satisfactorio para mantener el control de las tensiones en Lima ante las contingencias simples y dobles en las ramas pertenecientes a los corredores que colectan la producción de Mantaro, Yanango, etc., y la producción proveniente del Sur. El esquema ha sido probado también ante un incremento de carga en la zona Centro con insuficiencia de medios de compensación de potencia reactiva, y demostró mantener bajo control la tensión en la zona de Lima.
La implementación del esquema de control en una primera fase se ha propuesto en modo simple y eficaz, esto es, desconectando demanda en bloques a partir de las características topológicas actuales del sistema del Perú. En una segunda etapa y contando con inversiones en comunicaciones, podrían hacerse desconexiones más selectivas mediante interdisparos a los alimentadores de menor tensión a partir de las señales obtenidas en 220 kV.
El esquema por sobrefrecuencia propuesto presenta una buena selectividad ante todo tipo de desequilibrios entre la carga y la generación. Este esquema se ha basado en relés ajustados por umbral y por gradiente de frecuencia. Para el área Sur los rechazos de generación se han coordinado con el accionamiento del dispositivo fast-valving de la central térmica de ILO2. En el área Norte el esquema contempla los diversos subsistemas factibles de formarse.
El desmembramiento del SEIN en áreas, como consecuencia de eventos muy significativos (por ejemplo la salida de servicio de la SE a 220kV de Campo Armiño), debe dar intervención a lo que se conoce como Plan de Defensa, el cual está constituido por un número de acciones específicas destinadas a restaurar el equilibrio rápidamente para evitar el colapso del área, y donde los montos de desconexión de demanda o generación son especialmente calculados para estas condiciones de emergencia.
recomendaciones
Los esquemas de Rechazo de Carga/Generación propuestos no pueden resolver cualquier problema de inestabilidad angular, ni suelen ser el medio más eficiente para enfrentar a todas las situaciones que conducen a valores bajos de tensión.
Los problemas particulares de inestabilidad angular y fuertes caídas de tensión, debido a eventos contemplados o nó en las hipótesis de diseño del sistema, podrían resolverse mediante esquemas de control de emergencia diseñados específicamente, con ampliaciones de transporte, u otras consideraciones que resultarían de estudios especialízados.
Por medio de estudios especializados de regulación potencia - frecuencia es recomendable optimizar el uso de los recursos de la Reserva Primaria de Frecuencia entre las unidades y coordinar esta reserva con las primeras etapas del rechazo de carga por subfrecuencia, ya que de algunos exámenes preliminares se ha verificado que difícilmente se ocupará más del 10 % de la reserva concentrada en una sola central antes de que se activen las etapas del Rechazo de Cargas, lo cual implica recursos puestos a disposición que no serán ocupados efectivamente cuando sean necesarios.
Se recomienda la evaluación del costo de Energía No Suministrada en el sistema, para contemplar las evaluaciones pertinentes entre la mayor contribución de la reserva rotante y la ejecución de obras de ampliación versus el costo de falla del sistema. Estas evaluaciones podrían dar lugar a tomar como referencia los índices actuales del sistema en cuanto a la probabilidad de pérdida de carga, etc., y evaluar las mejoras propuestas en base a la menor pérdida de carga esperada con las obras.
Definir un conjunto de criterios de desempeño acordes a la estructura actual del sistema eléctrico del SEIN, que servirá de base para evaluar los límites de operación del sistema para satisfacerlo.
Con estudios de estado estacionario y de estabilidad transitoria deben determinarse los límites de transporte en las líneas troncales del sistema de transmisión, considerando el modelo actual del sistema eléctrico empleado en los estudios, y un conjunto provisorio de criterios de desempeño. La determinación de estos límites permitirá poner de relieve las restricciones del sistema y aquellos agentes que estarían sujetos a tales restricciones, sucesivamente proponer las acciones correctivas específicas que contribuirán a mejorar la calidad del servicio en general, manteniendo los criterios de desempeño establecidos como referencia.
Con estudios complementarios de estabilidad permanente y transitoria se deben:
calibrar en modo adecuado los PSS (Power System Stabilizer) para el control de la amortiguación de las oscilaciones electromecánicas, puesto que evitarán la desconexión indebida de cargas por subfrecuencia ante eventos severos e incrementarán los límites transitorios de intercambios entre áreas;
poner a punto los sistemas de regulación de la tensión y de los reguladores de velocidad que pueden tener una influencia ya sea en el control de la pérdida de paso de los generadores en condiciones críticas, o sobre la re-sincronización de los mismos en el caso que hayan perdido el paso;
Realizar un plan de ensayos en el sistema para validar el modelo de estudios, con el objeto de mejorar la representación para ulteriores estudios de planificación y establecer nuevos criterios de desempeño ajustados a las respuestas obtenidas en los ensayos.
Mejorar la representación de los equipos automáticos de control de las plantas en el sistema, mediante la elaboración de modelos de usuario que permitan contemplar la topología de los sistemas de control, y los mecanismos de protección más relevantes que podrían intervenir en la simulación de condiciones de operación ante excursiones considerables en la tensión y la frecuencia, para una planificación más ajustada a los equipos reales.
Desde el punto de vista del control de la tensión, es oportuno poner en juego en modo adecuado todos los recursos de reactivos disponibles en la red. Debe contemplarse que el esquema de control de subtensión propuesto en este estudio es una aplicación sencilla y práctica para solucionar con urgencia los problemas detectados, pero es conveniente distribuir en una segunda etapa las señales de disparo conforme a las particularidades del consumo en Lima.
Por ultimo, a través de cursos de Capacitación, que se adquiera confianza en la representación del sistema mediante el simulador, que permita efectuar una planificación de la operación con límites más ajustados a las posibilidades del sistema real, y evaluar el desempeño del Plan de Rechazo de Cargas o cualquier otro Esquema de Control de Emergencias que pueda instalarse en el sistema, produciendo las recomendaciones necesarias para su perfeccionamiento.
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