Análisis de Estabilidad Angular del Sistema Eléctrico Ecuatoriano con Alta Penetración Eólica.

Transcripción

1 Análss de Establdad Angular del Sstea Eléctrco Ecuatorano con Alta Penetracón Eólca. Gallardo C.; Andagoya D. *Escuela Poltécnca Naconal, Facultad de Ingenería Eléctrca y Electrónca Quto, Ecuador (e-al: carlos.gallardo@epn.edu.ec ; dnl_a@hotal.co ) Resuen: La penetracón de la generacón eólca en el Sstea Eléctrco Ecuatorano deternada en el estudo Máxa Capacdad de Generacón Eólca a ser Instalada en el Sstea Eléctrco Ecuatorano, odfca el punto de operacón del sstea. En el presente estudo se realza el análss dnáco de la operacón del sstea con la ncorporacón de los parques eólcos prevaente establecdos. El estudo presenta los resultados del análss dnáco del sstea evaluando prncpalente la establdad del sstea tanto para pequeña señal coo para establdad transtora antes y después de la ncorporacón de los parques eólcos. Para este análss se utlza un odelo dnáco del aerogenerador GW.5MWde la copañía GOLDWIND de Chna. Palabras clave: Parque Eólco, Establdad en Pequeña Señal, Análss Modal, Establdad Transtora.. Abstract: The penetraton of the Ecuadoran Electrc Syste of wnd generaton deterned n the study Maxu Capacty of Wnd Power Generaton to be nstalled n the Ecuadoran Electrc Syste odfes the syste operatng pont. In ths study s done dynac analyss of the operaton of the syste wth the ncorporaton of prevously establshed wnd fars. The study presents the results of dynac analyss of the syste by evaluatng the stablty of the syste for sall sgnal and transent stablty before and after ncorporaton of wnd fars. For ths analyss, a GW.5MW dynac odel was used, fro GOLDWIND wnd anufacturer.. Keywords: Wnd Far, Sall Sgnal Stablty, Modal Analyss, Transent Stablty. INTRODUCCION Con la deternacón de la potenca eólca a ser nstalada en el sstea eléctrco ecuatorano [] y su posteror ngreso al sstea se procede con el análss operatvo del sstea en estado dnáco, para de esta anera poder evaluar el pacto que tene este tpo de generacón en la operacón del sstea. La respuesta dnáca del sstea depende del tpo de aerogenerador utlzado en los parques eólcos así coo de dversos paráetros de la red coo característcas de la carga, característcas de la generacón convenconal, topología del sstea, nveles de voltaje, etc. []. La respuesta dnáca del sstea con generacón eólca dfere del sstea con generacón convenconal debdo a que son tecnologías totalente dferentes, aun cuando su funcón podría ser la sa. Por estas razones es necesaro realzar un estudo detallado de la respuesta dnáca del sstea edante herraentas de sulacón adecuadas que pertan evaluar el coportaento global del sstea cuando este sufre una perturbacón. En el caso ecuatorano al no tener antecedentes con este tpo de generacón, es necesaro el análss en todos los escenaros posbles de anera de poder observar el coportaento del sstea con la varacón de dversos paráetros del so. El estudo toa en consderacón los lneaentos necesaros para evaluar la respuesta dnáca del sstea con el ngreso de los parques eólcos tanto en ína, eda y áxa deanda, consderando los despachos econócos realzados en el año 3. El estudo parte de los valores de generacón eólca deternados en el estudo Máxa Capacdad de Generacón Eólca a ser Instalada en el Sstea Eléctrco Ecuatorano. Con estos valores de potenca se procede con el análss dnáco del sstea sguendo los lneaentos establecdos para la realzacón de este tpo de estudos.. ESTABILIDAD DE ÁNGULO EN SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA. La establdad de ángulo es la capacdad del sstea para antener el sncronso de las aqunas del sstea luego de haber estado soetdo a una perturbacón [3] [4].

2 . Establdad de ángulo de pequeña señal (perturbacón pequeña) [3] [4] [5]. En este tpo de establdad se estuda la capacdad del sstea de antener su sncronso cuando este ha sufrdo una pequeña perturbacón. Una perturbacón se la consdera pequeña cuando es posble la lnealzacón de las ecuacones analítcas que descrben el coportaento dnáco de los fenóenos provocados por esta perturbacón...modelo de Espaco de Estados El coportaento dnáco de un sstea eléctrco puede estudarse edante un conjunto de ecuacones no lneales ordnaras de prer orden que tenen la sguente fora. x r x, x,., x ; u, u,., u ; t) ( n r,,., n Donde, n es el orden del sstea, r el núero de entradas, x el vector coluna de las varables de estado, u el vector coluna de las entradas del sstea, el tepo denota coo t, y la dervada de una varable de estado con respecto al tepo es denotado coo x. De ejor anera, se puede splfcar esto en la sguente ecuacón: x r( x, u) x, u y f expresan los vectores coluna de la fora: x u x u x u x n ur f f f f n Una varable de estado puede ser una cantdad físca coo: ángulo, velocdad, voltaje; o a su vez puede ser una varable ateátca asocada con las ecuacones dferencales que descrben el coportaento dnáco del sstea. Un estado de un sstea representa la ína cantdad de nforacón de un sstea en un deternado nstante de tepo que se necesta para deternar el coportaento de este sstea en un tepo futuro. El vector x contene las varables de estado del sstea eléctrco, el vector u contene las entradas del sstea y x = f x, x,, x n ; u, u,, u r ; t =,,, n ncluye las dervadas de las varables de estado con respecto al tepo. Por otro lado, la ecuacón que relacona las entradas, saldas y varables de estado se puede escrbr coo: y g( x, u) () () (3) (4) El concepto de estado puede ser lustrado edante la expresón de la ecuacón de balanceo de un generador en torque por undad coo se uestra: Hd T dt T K e D Donde H es la nerca constante a la velocdad sncrónca, t es el tepo, δ es el ángulo del rotor, T y T e son los torques ecánco y eléctrco por undad, respectvaente, K D es el coefcente de aortguacón en el rotor y Δω r es la desvacón de velocdad por undad. Ahora, expresando (5) coo ecuacones dferencales de prer orden teneos: dr dt H d r dt T T K... Lnealzacón del problea. e D r Una perturbacón se la puede consderar de pequeña señal, cuando se pueden lnealzar las ecuacones dnácas que descrben el funconaento del sstea. Las foras lnealzadas de la ecuacón () y () son: Δx AΔ x Bu () Δy CΔ x D u () Donde Δ x representa la varacón del vector de estados, y es la varacón del vector de saldas, u es la varacón del vector de entradas, A es la atrz de estados nxn, B es la atrz de entrada nxr, C es la atrz de salda xn y D es la atrz de transsón drecta xr. Dónde: Δ x x x, Δ y y y y Δu u u...3. Análss de autovalores y establdad. Una vez defndo el espaco de estado para un sstea eléctrco de anera general, representado en las ecuacones () y (), se puede realzar el análss en pequeña señal del sstea. Los valores propos de la atrz A se los puede calcular coo: Det( A I) r (5) (8) (9) () Las n solucones de la ecuacón () son los autovalores (λ, λ, λ 3,.λ n ) de la atrz A nxn. Los autovalores pueden ser reales o coplejos y tenen la fora λ=σ±jω. En la Fg.., se presentan los autovalores en el plano coplejo y su respuesta asocada.

3 Λ Matrz dagonal con los valores propos coo eleentos de la dagonal. Las ecuacones (5) y (7) se pueden escrbr de la fora copacta coo: Fgura. Autovalores y respuesta asocada. Para ω =, σ < respuesta undrecconal aortguada Para ω, σ < respuesta osclatora aortguada Para ω, σ = respuesta osclatora de apltud constante Para ω, σ > respuesta osclatora con osclacones crecentes sn lte Para ω =, σ > respuesta undrecconal onótonaente crecente. La frecuenca en Hz es: f y el factor de aortguaento: Vectores propos y atrces odales Dado cualquer valor propo λ en el vector Φ de n colunas que satsface A (3) (4) (5) Se conoce coo el autovector derecho de A, asocado con el autovalor λ. Por convenenca, se asue que los autovectores son noralzados. De esta anera se tene que: A (6) Es conocdo coo el vector propo zquerdo asocado con el valor propo λ. Por convenenca, aquí se asue que los vectores propos son noralzados de anera que: (7) Para contnuar el análss propo de la atrz A, se ntroducen las sguentes atrces odales: Φ= [ Φ Φ. Φ n ] (8) Φ= [ Ψ T Ψ T.. Ψ n T ] (9) AΦ ΦΛ ΨΦ, producendo Factor de partcpacón Ψ Φ La llaada atrz de partcpacón, denotada por P, que provee una edda de contrbucón entre las varables de estado y los odos de osclacón, se puede defnr coo: p p p p n p El eleento p ΦΨ Φ Ψ Φ nψ pk p pn n k k se conoce coo factor de partcpacón, y da la edda de partcpacón de la varable de estado k-ésa en el odo -éso.. Establdad transtora (perturbacón grande) [3] [6]. () () () (3) La establdad transtora está relaconada con la capacdad de un sstea de potenca de antener el sncronso luego de ser afectado por una perturbacón severa, coo un cabo grande en la deanda, perdda de generacón o una falla en algún eleento del sstea de transsón o de transforacón.... Ecuacón de Osclacón. La ecuacón que descrbe el ovento del rotor de una aquna sncrónca relacona el torque nercal con los torques eléctrcos y ecáncos. Esta ecuacón se puede escrbr coo: d J dt T T a T e Dónde: J= es el oento de nerca del rotor en [kg ] θ = desplazaento angular del rotor con respecto al eje estaconaro, en radanes ecáncos [rad] t= tepo en segundos T a = torque de aceleracón total T = torque ecánco sunstrado por la fuente de energía ecánca enos el torque de retardo debdo a las pérddas rotaconales en [N-] T e = torque electroagnétco o eléctrco total, en [N-] La constante H es un paráetro sunstrado por las áqunas para estudos de establdad. Esta constante se encuentra relaconada con la nerca, y se defne coo: (4)

4 Potenca actva (p.u) ANÁLISIS DE ESTABILIDAD ANGULAR DEL SISTEMA ELÉCTRICO ECUATORIANO CON ALTA PENETRACIÓN EÓLICA. H EnergíaCnétca alacenadaen egajoulesa velocdadsncrónca Capacdadde la áqunaen MVA Desarrollando la ecuacón (4), fnalente se obtene: Hd Pa P Pe por.. undad dt (5) La ecuacón (5) es la llaada ecuacón de osclacón de la áquna y es la que goberna la dnáca rotaconal de la áquna sncrónca en los estudos de establdad. Se puede ver que esta ecuacón es dferencable de segundo orden y se puede escrbr coo dos ecuacones de prer orden: d s dt Hd P Pe dt s por.. undad... Relacón entre Potenca y Ángulo. (6) (7) La relacón entre la potenca y ángulo es altaente no lneal. Esta es una de las característcas ás portantes para la realzacón de estudos dnácos de establdad. La Fg.. presenta un sstea forado por dos áqunas nterconectadas por edo de una línea de transsón, este es un sstea básco que nos servrán para estudar la relacón potenca ángulo. Fgura. Dagraa unflar de un sstea de potenca sple La potenca sunstrada por el generador y que alenta al otor está en funcón de la separacón angular δ entre los rotores de abas áqunas. En la Fg..3 se uestra el crcuto equvalente del sstea de la Fg.., Dónde: X T X G X L X M (9) En el Fg..4 se uestra la relacón potenca-ángulo que vene de la ecuacón (8) Ángulo 35 8 Fgura.4 Relacón potenca-ángulo. La relacón entre la potenca y el ángulo es altaente no lneal y depende del seno del ángulo dl rotor δ. Cuando el ángulo δ es cero no exste transferenca de potenca. La potenca áxa transferda se produce cuando δ es gual a 9 en este punto la agntud de la áxa potenca es drectaente proporconal a los voltajes nternos de las áqunas e nversaente proporconal a la reactanca equvalente (reactanca de la línea y de las aqunas) entre los voltajes (ecuacón (8)). Esta curva deterna los lítes áxos de potenca a la que la aquna puede llegar antenendo un punto de operacón aceptable...3 Crtero de gualdad de áreas Este análss es aplcado a ssteas sencllos forados por una aquna conectado a una barra nfnta o dos áqunas conectadas entre s. Este étodo de análss se utlza para la predccón de las áxas desvacones angulares que se adten en un sstea, antes de que entre en un caso nestable. Este crtero está basado en la representacón gráfca de la energía alacenada en las asas rotatvas de las áqunas y nos ayuda a deternar la establdad del sstea luego de haber sufrdo una perturbacón. Aunque el crtero no es aplcable a ssteas de uchas áqunas, ayuda en el entendento de cóo nfluyen certos factores en la establdad transtora de cualquer sstea. Fgura.3 Dagraa unflar de un sstea de potenca sple La potenca por fase transferda desde el generador al otor (P) vene dada por la sguente expresón: EG E P X T M sn (8)

5 Fgura..5 Crtero de Áreas Iguales para un Sstea Generador Barra Infnta Funcón de Energía: J G G Para el ángulo áxo: ax E pot E kn P P e d E G ax P Pe d kn E pot (3) (3) (3) La dervacón del crtero de áreas guales se lo hace para una áquna y una barra nfnta. E C E P d ax ax C P P sn d Operacón estable s: E = -E Integrando (33) y (34): E P E c P P ax cos ax c cos ax c (33) (34) (35) (36) Se calcula la áxa duracón de la falla δ c para que el δ ax sea gual al δ crt = -δ. cos c sn cos δ c es el ángulo crítco para el despeje de falla. (37) El tepo crítco de despeje de falla se calcula de la sguente anera: Duracón del cortocrcuto.p e = Ecuacón dferencal. J G P Tepo crítco de despeje de falla. P c t J c En la Fg..6 se puede encontrar un caso nestable y otro estable. Fgura..6 Ángulo del Rotor para un Caso Estable e Inestable (38) (39) (4) 3. ESTABILIDAD DE PEQUEÑA SEÑAL DEL SISTEMA ELÉCTRICO ECUATORIANO CON PARQUES EÓLICOS. A contnuacón se realza el análss de establdad de pequeña señal del sstea eléctrco ecuatorano con la ncorporacón de los parques eólcos descrtos anterorente. 3.. Efecto de los parques eólcos [4] [7]. Para observar el efecto de los parques eólcos en la establdad de pequeña señal del sstea, se realzara dcho análss en tres escenaros dferentes:. El sstea eléctrco ecuatorano orgnal, con generacón eólca cero.. El sstea eléctrco ecuatorano con generacón eólca y redespacho de generacón térca. 3. El sstea eléctrco ecuatorano odfcado ntroducendo, en lugar de los parques eólcos, 4. generadores síncronos con la sa potenca nonal y paráetros típcos. 3.. Análss de pequeña señal del sstea electrco ecuatorano con parques eólcos para el escenaro de ína deanda.

6 parte Iagnara ANÁLISIS DE ESTABILIDAD ANGULAR DEL SISTEMA ELÉCTRICO ECUATORIANO CON ALTA PENETRACIÓN EÓLICA. Con la pleentacón de los parques eólcos en el sstea eléctrco en el escenaro de ína deanda, se procede con la realzacón del análss odal en los tres casos antes enconados. El proceso de análss consste en ncorporar la generacón eólca al sstea de anera paulatna, separando en grupos los parques a ncorporarse en la red y conectándolos uno a uno hasta fnalente conectar todos los parques eólcos en el sstea. A contnuacón se uestra los resultados fnales que resultan de la ncorporacón al sstea de 45MW de generacón eólca en el escenaro de ína deanda. Los autovalores resultantes en este escenaro de operacón se presentan en la Fg. 3.. Fgura 3. Valores Propos Mína Deanda (45MW eólcos) El sstea orgnal no presenta autovalores nestables, sn ebargo exsten cuatro autovalores poco aortguado que no cuplen los requstos de aortguaento del 5%. Estos autovalores se presentan en la Tabla 3.. Tabla 3.. Modos Poco Aortguados Mína Deanda, Sstea Orgnal El escenaro con la ncorporacón de 45MW eólcos presenta cuatro estados poco aortguados. Estos estados se presentan en la Tabla 3.. Tabla 3.. Modos Poco Aortguados Mína Deanda, Con Parques Eólcos, (45MW eólcos) Los autovalores del escenaro con generacón convenconal en lugar de la generacón eólca se presentan en la Tabla 3.3. Tabla 3.3. Modos Poco Aortguados Mína Deanda, Con Gen. Convenconal, (45MWconvenconales) Con los resultados antes obtendos se puede decr que la generacón eólca odfca lgeraente la poscón de los autovalores, ubcándolos en una poscón enos aortguada, por lo cual podeos decr que la ncorporacón de los parques eólcos en el sstea reduce el aortguaento global del sstea. Esto se debe prncpalente a que la tecnología utlzada en los aerogeneradores es dferente a aquella utlzada en generacón convenconal [8] [9]. En el presente estudo el aerogenerador de tecnología Full Converter. Esta tecnología fltra toda la energía producda por las turbnas eólcas a través de convertdores de potenca, lo cual hace que la nerca de los aerogeneradores no aporten a la nerca total del sstea provocando que para un so despacho de potenca se tenga se tenga un sstea con enor nerca, lo cual resulta en un sstea enos aortguado Análss de pequeña señal del sstea electrco ecuatorano con parques eólcos para el escenaro de eda deanda El proceso de análss realzado en este escenaro de operacón es el so desarrollado en el escenaro de ína deanda Los autovalores resultantes en este escenaro de operacón se presentan en la Fg ,5 - -,5,5-5 Parte Real Autovalores - -5 Fgura 3. Valores Propos Meda Deanda (45MW eólcos) El sstea orgnal presenta ses autovalores poco aortguado. Estos autovalores se presentan en la Tabla 3.4. Tabla 3.4. Modos Poco Aortguados Deanda Meda, Sstea Orgnal

7 El escenaro con la ncorporacón de los parques eólcos presenta los sguentes autovalores poco aortguados. Tabla 3.5. Tabla 3.5. Modos Poco Aortguados Deanda Meda, Con Parques Eólcos, (45 MW Eólcos) Los autovalores que no cuplen con el líte de aortguaento para el escenaro con generacón convenconal en lugar de la generacón eólca se presentan en la Tabla 3.6. Tabla 3.6. Modos Poco Aortguados Deanda Meda, Con Gen. Convenconal, (45 MW convenconales) Análss de pequeña señal del sstea eléctrco ecuatorano con parques eólcos para el escenaro de áxa deanda. Los autovalores resultantes en este escenaro de operacón se presentan en la Fg Tabla 3.7. Modos Poco Aortguados Deanda Máxa, Sstea Orgnal El escenaro con la ncorporacón de los preros Parques Eólcos presenta ocho estados poco aortguados. Estos estados se presentan en la Tabla 3.8. Tabla 3.8 Modos Poco Aortguados Deanda Máxa, Con Parques Eólcos, (45 MW eólcos) Los autovalores que no cuplen con el líte de aortguaento para el escenaro con generacón convenconal en lugar de la generacón eólca se presentan en la Tabla 3.9. Tabla 3.9. Modos Poco Aortguados Deanda Máxa, (45 MW convenconales) Fgura 3.3 Valores Propos Deanda Máxa (45 MW eólcos) Los resultados obtendos en este escenaro de operacón se presentan a contnuacón. El sstea orgnal presenta ses autovalores poco aortguados que no cuplen con el líte de aortguaento del 5%. Para aortguar estos autovalores se debe dentfcar que generadores partcpan ás en la creacón de estos autovalores poco aortguados, y posterorente nstalar, sntonzar y coordnar establzadores de potenca para que a través de su gananca over los autovalores a una poscón ás aortguada que cupla con el argen de establdad. Estos autovalores se presentan en la Tabla 3.7 En este escenaro de operacón del sstea se puede observar un lgero desplazaento de la gran ayoría de autovalores haca la parte derecha del gráfco, que corresponde a una poscón enos aortguada. Coo sucedó en los escenaros anterores, el sstea sufre un pacto negatvo en el aortguaento del sstea con la ncorporacón de los Parques Eólcos. En el escenaro de conectar Generacón Convenconal en lugar de los Parques Eólcos el sstea se vuelve enos aortguado pero en enor edda que cuando nyectaos generacón eólca al sstea. Esto se debe prncpalente a que la tecnología utlzada en los aerogeneradores es dferente a aquella utlzada en generacón convenconal. En el presente estudo se utlzó el aerogenerador de tecnología Full Converter. Esta tecnología fltra toda la energía producda por las turbnas eólcas a través de convertdores de potenca, lo cual hace que la nerca de los aerogeneradores no sea un aporte a la nerca total del sstea provocando que para un so despacho de potenca se tenga un sstea con enor nerca, lo cual resulta en un sstea enos aortguado.

8 DIgSILENT ANÁLISIS DE ESTABILIDAD ANGULAR DEL SISTEMA ELÉCTRICO ECUATORIANO CON ALTA PENETRACIÓN EÓLICA. 4. ESTABILIDAD TRANSITORIA DEL SISTEMA ELÉCTRICO ECUATORIANO CON PARQUES EÓLICOS [7] []. Igual que en el caso anteror para observar el efecto de los parques eólcos en la establdad transtora del sstea, se realzara dcho análss en tres escenaros dferentes:. El sstea eléctrco ecuatorano orgnal.. El sstea eléctrco ecuatorano con generacón eólca y redespacho de generacón térca. 3. El sstea eléctrco ecuatorano odfcado ntroducendo, en lugar de los parques eólcos, generadores síncronos con la sa potenca nonal y paráetros típcos. 4. Efecto de los parques eólcos Igual que en el caso del análss en pequeña señal se dvderon todos los parques eólcos en grupos para poder observar de anera paulatna el efecto que causa el ngreso de los parques eólcos en el sstea. A contnuacón se uestra los resultados fnales luego de ncorporar todos los parques eólcos en el sstea. El análss copleto se presentará en un docuento ás extenso que uestre los resultados obtendos paso a paso. Se sula una falla trfásca en la tad de la línea a t=.5s, y se despejara la falla a los 5s posterores al nco de la falla. La Tabla 4. uestra los eventos a sular así coo los tepos de duracón de cada evento. Tabla 4.. Eventos de sulacón para Análss de Establdad Transtora Tabla 4.3 Inerca Equvalente en los tres Escenaros de Estudo Heq SIST ORIGINAL 3.5 CON GEN EOLICA.55 CON GEN CONV 3. Nótese que la nsercón de la generacón eólca en la red reduce la nerca del sstea, dsnuyendo su nerca equvalente. Mentras el sstea con generacón convenconal en lugar de la eólca no se aleja deasado del sstea orgnal con respecto a la nerca equvalente Cabe resaltar que el valor de la constante de nerca equvalente fue toado coo un valor referencal ya que no se dspone del valor de H de algunos de los generadores en operacón. Se asgnó un valor de nerca de otro generador exstente en el sstea con característcas slares a aquel generador del que no dspone del valor de nerca. Por esta razón este valor de nerca no debe toarse coo un valor deternante, este puede estar sujeto a cabos en razón de dsponer o no de los valores de nerca de todas las aqunas en el sstea Los paráetros eddos en los generadores prevaente establecdos se uestran en las sguentes fguras s.7 MW.4 s.88 MW.43 s.76 MW 9.9 G_U_SAN FCO: Actve Power n MW G_U_SAN FCO: Actve Power n MW G_U_SAN FCO: Actve Power n MW 4.63 s MW 4.43 s MW 4.8 s MW EVENTOS TIEMPO 3 Pase Short Crcut.5 s Clear Short Crcut. s s 3.67 deg.54 s 6.87 deg.5 s 6. deg.7 s deg. s 6.77 deg 4.5 s deg 6.8 A contnuacón se presenta los resultados fnales al ncorporar a la red los 45MW prevaente deternados. 4.. Análss de establdad transtora del sstea electrco ecuatorano con parques eólcos para el escenaro de ína deanda. Con la pleentacón de los parques eólcos en el sstea eléctrco en el escenaro de ína deanda, se procede con la realzacón del análss transtoro en los tres casos antes enconados. Los paráetros de sulacón para los eventos prevaente establecdos se presentan a contnuacón en la Tabla 4. y Tabla 4.3. Tabla 4. Línea y Generadores referencales para Análss Transtoro FALLA MEDIDA L_MOLI_CUEN G_SAN_FRANCISCO G_LOJA 5.8 G_U_SAN FCO: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg G_U_SAN FCO: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg G_U_SAN FCO: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg Danel Andagoya Fgura 4.. Respuesta Dnáca del generador G_U_ SAN FRANCISCO La Fg. 4. uestra la respuesta dnáca del generador SAN FRANCISCO ante una falla en la línea de transsón MOLINO - CUENCA. Se elgó esa línea por encontrarse cerca del últo grupo de parques eólcos que ngresaron al sstea. Notase que en el sstea con generacón eólca las curvas de potenca presentan ayor apltud en las osclacones debdo a su dsnucón en el aortguaento del sstea. En el caso de los ángulos δ el coportaento es slar a las curvas de potenca. Project(8) Annex: /

9 DIgSILENT DIgSILENT DIgSILENT ANÁLISIS DE ESTABILIDAD ANGULAR DEL SISTEMA ELÉCTRICO ECUATORIANO CON ALTA PENETRACIÓN EÓLICA s.4 MW.4 s.49 MW.3 s.48 MW s MW.56 s MW.53 s MW s.4 MW s MW s.399 MW s.4 MW s MW 4.88 s MW.396 G_EQEERSSA_LOJ: Actve Power n MW G_EQEERSSA_LOJ: Actve Power n MW G_EQEERSSA_LOJ: Actve Power n MW G_ABANICO: Actve Power n MW G_ABANICO: Actve Power n MW G_ABANICO: Actve Power n MW s deg s 7.4 deg.38 s 5.48 deg.96 s 5.3 deg s deg.57 s deg 3.7 s deg 3.9 s deg s deg s 5.43 deg 3.37 s 5.39 deg G_EQEERSSA_LOJ: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg G_EQEERSSA_LOJ: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg G_EQEERSSA_LOJ: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg Fgura 4. Respuesta Dnáca del generador G_EQEERSSA_LOJ La Fg. 4. uestra la respuesta dnáca del generador LOJA ante una falla en la línea de transsón MOLINO - CUENCA. Igual que en el caso anteror el sstea con generacón eólca las curvas tanto de potenca coo del ángulo del rotor δ presentan ayor apltud en las osclacones debdo a su dsnucón en el aortguaento del sstea. En estas fguras se puede observar el efecto de los parques eólcos en la respuesta dnáca del sstea. Los aerogeneradores utlzados en la sulacón son del tpo SG Dere Drve tabén llaados Full Converter por fltrar toda la potenca generada a través de convertdores de potenca, estos aerogeneradores al encontrarse desacoplados de la red no aportan a la nerca del sstea por lo que al qutar las undades tércas en el proceso de redespacho para análss en estado estable estaos reducendo la nerca equvalente del sstea hacéndolo enos aortguado Análss de establdad transtora del sstea electrco ecuatorano con parques eólcos para el escenaro de eda deanda. Los paráetros de sulacón para los eventos prevaente establecdos se presentan a contnuacón en la Tabla 4.4 y Tabla 4.5. Tabla 4.4 Línea y Generadores referencales para Análss Transtoro FALLA MEDIDA L_MOLI_CUEN G_ABANICO G_SIBIMBE Tabla 4.5. Inerca Equvalente en los tres Escenaros de Estudo Heq SIST ORIGINAL 3.38 CON GEN EOLICA.68 CON GEN CONV 3.88 En este punto de operacón al tener el sstea ás undades en funconaento que aportan a la nerca del sstea, los valores de H equvalente obtendos en este punto de operacón son ás grandes que los obtendos en el escenaro de ína deanda. Los paráetros eddos en los generadores deternados en la Tabla 4.4 se uestran en las sguentes fguras. 9.9 s deg Danel Andagoya Project() Annex: /3 5.8 G_ABANICO: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg G_ABANICO: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg G_ABANICO: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg Danel Andagoya Fgura 4.3 Respuesta Dnáca del generador G_BANICO La Fg. 4.3 uestra la respuesta dnáca del generador ABANICO ante una falla en la línea de transsón MOLINO - CUENCA. Igual que en ína deanda el sstea con generacón eólca presenta osclacones con ayor apltud debdo a su dsnucón en el aortguaento del sstea. El sstea orgnal al tener el ayor valor de H tene tabén ayor aortguaento por lo que sus osclacones son las de enor apltud de entre las tres representadas en la fgura. En el caso de los ángulos del rotor δ el coportaento es slar a las curvas de potenca s.74 MW.36 s.74 MW.33 s.7 MW G_SIBIMBE: Actve Power n MW G_SIBIMBE: Actve Power n MW G_SIBIMBE: Actve Power n MW.57 s.37 deg.49 s 6.93 deg.46 s 6.59 deg 6.9 G_SIBIMBE: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg G_SIBIMBE: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg G_SIBIMBE: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg Danel Andagoya Fgura 4.4 Respuesta Dnáca del generador G_SIBIMBE Igual que en el generador anteror el sstea con generacón eólca presenta ayor apltud en las osclacones tanto en potenca coo en ángulo del rotor δ debdo a la dsnucón en el aortguaento del sstea por la nclusón de la generacón eólca Análss de establdad transtora del sstea electrco ecuatorano con parques eólcos para el escenaro de áxa deanda. El proceso es el so realzado para para los dos casos anterores. Los resultados del análss se presentan a contnuacón..6 s.699 MW.59 s 6.93 deg 3.64 s.699 MW 3.77 s.37 deg Project 4.5 s 6.56 deg Project(3) 4.86 s.699 MW Annex: / Annex: /8

10 DIgSILENT DIgSILENT ANÁLISIS DE ESTABILIDAD ANGULAR DEL SISTEMA ELÉCTRICO ECUATORIANO CON ALTA PENETRACIÓN EÓLICA. La Tabla 4.6 y Tabla 4.7 uestran los paráetros necesaros para la sulacón de los eventos prevaente establecdos. Tabla 4.6 Línea y Generadores referencales para Análss Transtoro s 6.8 MW.44 s 6.6 MW.45 s 6.5 MW 4.38 s 6. MW 4. s 6. MW FALLA MEDIDA L_MOLI_CUEN G_PASOCHOA G_MULALO s 6. MW G_MULALO: Actve Power n MW G_MULALO: Actve Power n MW G_MULALO: Actve Power n MW Tabla 4.7 Inerca Equvalente en los tres Escenaros de Estudo Heq SIST ORIGINAL CON GEN EOLICA.9 CON GEN CONV 3.36 En áxa deanda se tenen los ayores valores de nerca por tener ás aqunas en funconaento que aportan a la nerca equvalente total del sstea, sn ebargo esta se ve afectada, al gual que en los puntos de operacón anterores con el ngreso de los parques eólcos, coo se uestra a contnuacón s 3.6 MW.63 s 3.4 MW.68 s 3.4 MW G_PASOCHOA: Actve Power n MW G_PASOCHOA: Actve Power n MW G_PASOCHOA: Actve Power n MW.66 s -4. deg.6 s deg.65 s deg -.85 G_PASOCHOA: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg G_PASOCHOA: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg G_PASOCHOA: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg Danel Andagoya Fgura 4.5 Respuesta Dnáca del generador G_PASOCHOA Igual que en los casos anterores el sstea con generacón eólca presenta osclacones con ayor apltud debdo a su dsnucón en el aortguaento del sstea. El sstea orgnal y el sstea con generacón convenconal en lugar de la eólca presentan cas las sas curvas de osclacón debdo a que tenen cas gual aortguaento. Las varacones que se uestra en las curvas que hace que no concda con los valores de H son producdas por los paráetros propos de la curva de osclacón. En el caso de los ángulos del rotor δ el coportaento es slar a las curvas de potenca..8 s deg 3.36 s deg 4.59 s 3. MW 4.34 s 3. MW 4.39 s deg 4.47 s.999 MW Project Annex: / s deg.53 s -8.9 deg -5.8 G_MULALO: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg G_MULALO: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg G_MULALO: Rotor angle wth reference to reference bus voltage n deg Fgura 4.6 Respuesta Dnáca del generador G_MULALO. La respuesta de este generador es la sa que el generador anteror, el sstea con generacón eólca presenta osclacones con ayor apltud, por tener enor aortguaento, entras que el sstea orgnal y el sstea con generacón eólca en lugar de la generacón convenconal presentan curvas cas parecdas por tener gualente un valor de H cercano. Los efectos causados a la establdad del sstea son notoros, el ngreso de la generacón eólca desplaza generacón convenconal por lo cual dsnuye la nerca equvalente del sstea hacéndolo enos aortguado. Los aerogeneradores utlzados en todo el estudo son de tecnología Full Converter, por lo que los sos se encuentran totalente aslados de la red por los convertdores de potenca, por lo cual no aportan a la nerca equvalente del sstea. En el caso del escenaro con generacón convenconal en lugar de la generacón eólca se lo realzó con el objetvo de observar cóo nfluye en la respuesta del sstea s en lugar de la generacón eólca se pudera nstalar generacón convenconal, el efecto de esta generacón en el sstea dependerá tanto de la generacón desplazada coo de la generacón pleentada. Al coparar la respuesta del sstea orgnal con la respuesta del sstea con parques eólcos se puede observar claraente la reduccón en la nerca del sstea en todos los casos, esto corroborado con la dsnucón de la nerca equvalente del sstea. Con este últo análss se realzó todas las pruebas tanto en estado estable coo en estado dnáco del sstea con y sn generacón eólca. Los efectos producdos por el ngreso de este tpo de generacón se pueden observar tanto en los resultados obtendos coo en las curvas que presenta el sstea en dstntos escenaros de operacón. 5. CONCLUSIONES. La tecnología de aerogeneradores utlzados en este estudo es el aerogenerador tpo Full Converter, este aerogenerador al estar aslado de la red por edo de los convertdores de potenca no aporta a la nerca equvalente del sstea, por esta razón el sstea con parques eólcos presentan un valor de H enor al presentado por el sstea orgnal. Esto provoca la dsnucón en el aortguaento del sstea, lo.94 s deg.58 s deg.9 s deg Danel Andagoya 3.79 s deg Project(4) Annex: /6

11 cual se puede observar tanto en el estudo de pequeña señal, en el que los autovalores se ueven haca una poscón enos aortguada, coo en el análss transtoro en el cual las curvas de osclacón tanto de potenca coo de ángulo presentan varacones en su apltud dependendo del sstea analzado. El sstea con la nclusón de la generacón eólca es claraente estable. El sstea se recupera y antene su establdad en un tepo posteror al despeje de falla. En el caso del sstea con generacón convenconal en lugar de la generacón eólca el sstea es gualente estable y con un aortguaento uy parecdo al sstea orgnal debdo a las característcas de las aqunas convenconales ngresadas en este escenaro uy dferentes a las característcas de los aerogeneradores utlzados en los parques eólcos. Con el ngreso de 45MW al sstea eléctrco ecuatorano el sstea antene su establdad pero reduce su aortguaento debdo a la tecnología propa de los aerogeneradores pleentados. Con lo cual podeos conclur que tanto en estado estable coo en estado dnáco el ngreso de 45MW no afecta de anera sgnfcatva el estado operatvo del sstea. 5. REFERENCIAS [] L. D. Andagoya, Máxa Capacdad de Generacón Eólca a ser Instalada en el Sstea Eléctrco Ecuatorano, Ing. Tess, Facultad de Ingenería Eléctrca y Electrónca., Escuela Poltécnca Naconal., Quto, Ecuador, 3. [] Red Eléctrca de España, Estudo de Establdad Transtora en el Sstea Interconectado del Sur, Madrd, España.. [3] P. Kundur, Power Syste Stablty and Control, Ed. New York: McGraw-Hll, 994, pp [4] C. Gallardo, Establdad y Aortguaento de Osclacones en Ssteas Eléctrcos con Alta Penetracón Eólca, Ph.D. Tess, Departaento de Ingenería Eléctrca, Electrónca y Autoátca., Unversdad Carlos III de Madrd., Leganés/Getafe, España, 9. [5] P. D. Aras, Análss de la Establdad en Pequeña Señal del Sstea Naconal Interconectado del Ecuador, Msc. Tess, Escuela de Ingenería Eléctrca., Unversdad de Cuenca., Cuenca, Ecuador, 3. [6] J. Granger, W. Stevenson Análss de Ssteas de Potenca, Ed. Méxco: McGraw-Hll,, pp [7] Power Systes Engneerng Research Center Ipact of Increased DFIG Wnd Penetraton on Power Systes and Markets, October, 9. [8] J. F. Montero, Modelacón Dnáca de Parques Eólcos para una Integracón Masva en el SIC, Ing. Tess, Dept. Ingenería Eléctrca., Unversdad de Chle., Santago, Chle, 8. [9] M. J. Ishjara, Modelos Splfcados de Aerogeneradores de Induccón para Estudos de Establdad a Corto Plazo de Ssteas Eléctrcos de Potenca, Msc. Tess, Departaento de. Ingenería Eléctrca., Insttuto Poltécnco Naconal., Méxco, D.F, Méxco,. [] K. Watt, Sulacón Dnáca para Dstntos Escenaros de Alta Penetracón Eólca en el Sc, Ing. Tess, Departaento de Ingenería Eléctrca., Unversdad de Chle., Santago, Chle, 8.