CONTROL DE FRECUENCIA Y POTENCIA ACTIVA

Introducción a la regulación de frecuencia

· El control de potencia activa esta estrechamente relacionado con el control de frecuencia.
· El control de potencia reactiva esta estrechamente relacionado con el control de tensión.
· El control de potencia activa y de potencia reactiva son fundamentales para el comportamiento satisfactorio del sistema eléctrico.

Importancia de la constancia de frecuencia

· La constancia de la frecuencia en sistemas interconectados contribuye
lograr el funcionamiento estable de los mismos y facilita su control
· En la red, caídas de frecuencia importantes pueden resultar en corrientes de magnetización altas en motores de inducción y en transformadores
· Desconexion de cargas por el accionamiento de los reles de baja frecuencia.

Niveles de regulación de frecuencia

La frecuencia de un sistema depende del balance de potencia activa. Un cambio en la demanda de potencia activa se refleja en todo el sistema por un cambio de la frecuencia.
Los medios que informan a los generadores sobre los cambios producidos en la demanda y que comandan cambios en la generación son los reguladores de frecuencia.

Sistemas de control para la regulación de frecuencia

· Regulador de velocidad :regulación primaria de frecuencia (ref.)
· Control automático de generación ; regulación secundaria de frecuencia (rsf)
· Control de lerror del tiempo; regulación terciaria de frecuencia (rtf)

Regulación primaria de frecuencia

· Acción de control tendiente a modificar automáticamente la generación en forma rápida absorbiendo los desbalances de potencia provocados por perturbaciones
· Es una acción de control local. a nivel de la unidad de generación
· Comprende la acción automática de los reguladores de velocidad
· Luego de su actuación presenta una desviación de frecuencia
· Distribuye la variación de carga entre las distintas unidades que participan de la ref.
· Actuación rápida ,su acción se debe completar en menos de 30 segundos
· Utiliza reserva rotante de segundos (5 %en unidades térmicas .10% en unidades hidráulicas )

Fundamentos de la regulación de velocidad

Se presentan los conceptos básicos de la regulación de velocidad considerando una unidad de generación aislada suministrando una carga local:

PM; potencia mecánica
Tm: cupla mecánica
Pe:potencia electrica
Te:cupla electrica
Pl:potencia de la carga

Respuesta del generador un cambio de carga

Un cambio de carga se refleja inmediatamente como un cambio en la cupla electrica te en la salida del generador, esto causa un desbalance entre las cuplas eléctricas y mecánica que resulta en una variación de velocidad determinada por la ecuación de movimiento la ecuación de movimiento representa la relacion entre la velocidad del rotor como función de las cuplas electricas y mecanica.

Antes pequeñas desviaciones

Reemplazando

La relación entre las variaciones resulta

entonces el desbalance de cuplas (torque)

En estado estacionario

y la velocidad en pu

Función de trasferencia que relaciona la velocidad con la potencia

Este cambio de potencia electrica querido por la carga es suministrado por la variación de la energía cinética de las masas rotantes .

Respuesta de la carga a desviaciones de frecuencia

En general la carga de un sistema eléctrico es una combinación de una gran variedad de dispositivos eléctricos.

-En las cargas resistivas de iluminación y calefacción la potencia electrica es independiente de la frecuencia
-En las cargas motoricas como bombas y ventiladores la potencia electrica con la frecuencia debido a los cambio de velocidad

La característica de dependencia de las cargas con la frecuencia

-El factor de amortiguamiento se expresa como un porcentaje de cambio en la carga para una porcentaje de cambio en la frecuencia


Son valores tipicos de D

D=2% significa que el 1%de variación de la frecuencia produce que la carga varie el 2%

Regulador de velocidad sincrónico (a velocidad constante)

· Ajusta la posición de las válvulas o distribuidores para que la frecuencia retorne al valor nominal o programado.
· Opera satisfactoriamente cuando un generador alimenta una carga aislada o cuando un solo generador participa en la RPF.
· Con dos o mas unidades con regulador sincrónico puede conducir a situaciones de oscilación en la generación .los generadores deberían tener exactamente la misma velocidad de referencia .si sus frecuencias de referencia difieren levemente cada uno trataría de controlar la frecuencia del sistema con su propia referencia .conduciendo a situaciones de oscilación en la generacion.

Wo:velocidad de referencia
Wr:velocidad del rotor
Y:posición de la válvula o distribuidor
K:ganancia del amplificador

Reguladores de velocidad con estatismo de velocidad

Para que exista una distribución estable de cargas entre generadores conectados en paralelo en el sistema se debe proveer a los reguladores con una característica de regulación.
La característica de regulación se obtiene agregando un lazo de realimentación al integrador.

El valor de R estable la relación entre la velocidad de estado estacionario y la carga de la unidad de generación.
R : también denominado estatismo permanente se define como el porcentaje de cambio en la frecuencia que provoca el 100% de cambio en la potencia de la maquina.
R=5% significa que una variación del 5% en la frecuencia causa un cambio de la potencia de salida del 100%.

· Centrales nucleares :4…..6%
· Centrales térmicas convencionales:4…6%
· Centrales hidráulicas :2….6%

Distribución de carga entre unidades en paralelo

Si dos o mas generadores con regulador de velocidad con estatismo permanente están conectados a una sistema de potencia existirá una única frecuencia a la cual se distribuiran la carga.
La variación de potencia generada por cada unidad con estatismo permanente ante una variación de carga es :

Entonces: