CONTROL OPTIMO DE LOS RECURSOS DE POTENCIA REACTIVA EN LA OPERACION ESTACIONARIA DE SISTEMAS DE POTENCIA

CONTROL OPTIMO DE LOS RECURSOS DE POTENCIA REACTIVA EN LA OPERACION ESTACIONARIA DE SISTEMAS DE POTENCIA

Ing Victor Cairo Huaringa, M.Sc.

vcairo@gmail.com

Ing. Félix Fernando Gamarra Estrella, M.Sc.

ffgamarrae@yahoo.com.br

Universidad Nacional de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Escuela de Post-Grado

Av. Tupac Amaru 210 Lima 25 Perú, Telf. 381-3344, 470-8136, Rio de Janeiro, Brasil Telf. 005521-8821-0869

Extracto: En este trabajo se presenta el  proyecto de un software para dar asistencia a los operadores con el objetivo de establecer la operación óptima de los sistemas de potencia mediante cálculos realizados en tiempo real o fuera de línea, utilizando una estrategia de control que permita especificar el módulo de las tensiones de las barras PV o mas exactamente la referencia de los reguladores de tensión de las centrales eléctricas y los módulos de las tensiones de los nodos mas importantes del sistema como resultado de la distribución óptima de los recursos de potencia reactiva, este cálculo se recomienda repetirse en intervalos de tiempo de 15 minutos durante las 24 horas del día. Estos resultados se obtienen mediante la formulación del problema de flujo de potencia óptimo cuya función objetivo es minimizar las pérdidas activas en las líneas de transmisión para disminuir los costos de operación del sistema utilizando la técnica de Puntos Interiores Primal Dual de Grado Superior que resulta aproximadamente cincuenta veces mas rápido comparado con el método simplex. Asimismo, se propone una nueva metodología de control de potencia reactiva de los generadores síncronos incorporándose la corriente de excitación y la corriente de armadura dentro del conjunto de restricciones del flujo de potencia óptimo en lugar de la formulación convencional de la potencia reactiva generada, de esta forma el control de la operación de los generadores síncronos son implementados con alta precisión en el algoritmo de solución del flujo de potencia óptimo. Esta metodología generaliza el control de potencia MVA independientemente del factor de potencia del generador y se basa en los límites térmicos de los devanados de campo y armadura, de esta forma el control de potencia reactiva de los generadores resulta muy fácil principalmente en casos de emergencia donde la programación de la generación es impredecible. 

Palabras Claves: Optimización, Flujo de Potencia Óptimo, Control de Potencia Reactiva, Perfil de Tensión Óptimo.

1. Introducción

A nivel mundial los sistemas eléctricos de potencia están sufriendo cambios estructurales en cuanto a su control y operación, debido al proceso de desregularización. Muchos sistemas eléctricos de potencia han presentado fragilidad a la estabilidad angular, estabilidad de frecuencia y estabilidad de tensión como consecuencia de un acentuado crecimiento de la demanda, limitaciones financieras impuestas por el nuevo modelo económico competitivo y restricciones ambientales, que dificultan la aplicación de inversiones necesarias para mejorar el comportamiento del sistema atendiendo a las necesidades impuestas por las cargas. Así, los componentes del sistema son solicitados para operar en condiciones muy próximas a sus limites, y el sistema como un todo presenta un comportamiento crítico, de esta forma el sistema es conducido con facilidad hacia zonas de operación próximos a la inestabilidad.

En este nuevo modelo económico competitivo se observa una mayor preocupación en los costos de operación, calidad de servicio y seguridad versus márgenes de estabilidad, en tal sentido este modelo exige la operación óptima de los sistemas de potencia. En cuanto al control de potencia reactiva en los sistemas de potencia, la distribución de los recursos de potencia reactiva debe ser calculado dentro de periodos de tiempo sujeto a una política de control del sistema eléctrico mediante un modelo matemático de optimización con la finalidad de distribuir óptimamente los recursos de potencia reactiva y establecer el perfil de tensiones que garantice plenamente la seguridad del sistema satisfaciendo una función objetivo y sin infringir las restricciones de funcionamiento de los componentes del sistema. Por estas razones, se crea la necesidad primordial de reformular el modelo matemático convencional de flujo de potencia óptimo, tanto sobre las funciones objetivo, así como sobre el punto de vista de las restricciones. Asimismo es necesario reformular las estructuras de control convencionales con la finalidad de viabilizar el control de los recursos de potencia reactiva para mantener las condiciones óptimas de operación del sistema en el período de tiempo establecido y de esta forma enfrentar satisfactoriamente a las perturbaciones normales y a las fallas mas probables manteniendo el perfil de tensión dentro limites aceptables, el tema de la definición de las estructuras jerárquicas de control coordinado de tensiones no será tratado en este artículo.

Existen muchas razones e innumerables trabajos publicados, sobre la necesidad de controlar los recursos de potencia reactiva y el perfil de tensiones. Los objetivos  mas importantes sobre la necesidad de controlar estos recursos y el perfil de tensiones pueden ser resumidas de la siguiente forma:

• Aumentar la seguridad del sistema de potencia optimizando los recursos de potencia reactiva. En el proceso de optimización debe ser establecido en un margen de reserva de la potencia reactiva en las fuentes de generación para hacer frente a posibles condiciones de emergencia.
• Mejorar la calidad de servicio disminuyendo las variaciones de tensión dentro de límites aceptables.
• Reducir las pérdidas activas, reduciendo el flujo de potencia reactiva en las líneas de transmisión mediante una distribución óptima de los recursos de potencia reactiva.

Este artículo está organizado de la siguiente forma, en la segunda parte se hace un breve resumen de la historia y del método de solución del flujo de potencia óptimo utilizado en este trabajo. En la tercera parte se describe la metodología del control óptimo de los recursos de potencia reactiva desarrollado en este proyecto. En la cuarta parte se define la metodología innovadora de control de recursos de potencia reactiva basado en los límites térmicos de la corriente de armadura y campo. En la quinta parte se define el concepto de perfil optimo de tensión y sus particularidades. En la sexta parte se presenta un ejemplo de aplicación. En la séptima parte se describe las investigaciones futuras y se considera que este proyecto es solo la primera parte de un proyecto integral denominado “control automático de tensión en sistemas de gran potencia”. En el denominado proyecto integral se define la necesidad de implementar una política verdadera de tarifas en tiempo real. En la octava parte se resume las principales conclusiones y recomendaciones.

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