ES2457490T3

ES2457490T3 - Procedimiento de predicción de estabilidad transitoria de un generador síncrono y dispositivo asociado

Info

Publication number: ES2457490T3
Application number: ES10721371.2T
Authority: ES
Inventors: Andrzej Wiszniewski; Waldemar Rebizant; Andrzej Klimek
Original assignee: Alstom Technology AG; Schneider Electric Energy UK Ltd
Current assignee: General Electric Technology GmbH; Schneider Electric Energy UK Ltd
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2014-04-28
Anticipated expiration: 2030-04-28
Also published as: WO2011134505A1; US20130041604A1; EP2564503A1; EP2564503B1; CA2797117A1; CN102939711A

Abstract

Un procedimiento de predicción de una estabilidad transitoria de un generador síncrono (E) que proporciona una potencia eléctrica activa Pe y una potencia reactiva Qe a un sistema de alimentación (PS), comprendiendo el procedimiento, una vez que se ha subsanado un fallo: - una medición de la potencia eléctrica Pe1, Qe1 en el instante t1 y de la potencia eléctrica Pe2, Qe2 en un instante t2 superior a t1, - una medición del deslizamiento s1 de frecuencia del generador síncrono en el instante t1 y del deslizamiento s2 de frecuencia del generador síncrono en el instante t2, - un cálculo, por medio de una unidad de cálculo (U), de:**Fórmula** siendo ω0, H, Pr y Pm parámetros predeterminados: - siendo ω0 una frecuencia angular nominal del generador síncrono (E); - siendo H una constante de inercia de las masas rotativas del generador síncrono; - siendo Pr una potencia de referencia a la que se ha determinado la constante de inercia H; - siendo Pm una potencia mecánica que impulsa al generador síncrono, y - una comparación de QT con s2 2 tal que: Si s2 2 <= QT, el generador mantiene un funcionamiento estable una vez que se ha subsanado el fallo inicial. Si QT < s2 2, se predice una inestabilidad transitoria.

Description

Procedimiento de predicción de estabilidad transitoria de un generador síncrono y dispositivo asociado

Campo técnico y técnica anterior

La invención versa acerca de un procedimiento de predicción de estabilidad transitoria de un generador síncrono y acerca de un dispositivo que implementa tal procedimiento.

La mayor parte de las técnicas anteriores tienen una configuración o son libres para determinar el punto en el que tiene que ocurrir un disparo del generador o la línea fuera de sincronismo. La mayoría de las técnicas cuentan con la sincronización del lugar geométrico de la impedancia a través de dos obturadores de carga. Un problema de las técnicas anteriores es que son de cálculo complejo y requieren varias configuraciones para funcionar. En general, es demasiado tarde para una intervención que pudiera evitar la inestabilidad.

El procedimiento de la invención no tiene tal inconveniente.

El documento US 6 625 520 da a conocer un procedimiento para predecir una estabilidad transitoria de un generador síncrono.

Sumario de la invención

El procedimiento de la invención es un procedimiento eficiente para la predicción de inestabilidad transitoria de generadores después de que se haya desarrollado una perturbación en un sistema de alimentación. Además, el procedimiento de la invención permite un análisis de la capacidad del generador para recuperar un estado estable.

De hecho, la invención versa acerca de un procedimiento de predicción de una estabilidad transitoria de un generador síncrono que proporciona una potencia eléctrica activa Pe y una potencia reactiva Qe a un sistema de alimentación, comprendiendo el procedimiento, una vez que se ha subsanado un fallo:

–: una medición de la potencia eléctrica Pe1, Qe1 en el instante t1 y de la potencia eléctrica Pe2, Qe2 en un instante t2 superior a t1,

–: una medición del deslizamiento s1 de frecuencia del generador síncrono en el instante t1 y del deslizamiento s2 de frecuencia del generador síncrono en el instante t2,

–: un cálculo, por medio de una unidad de cálculo, de:

PP P1;

!∀# ∃

e2 e

!∀# ∃

QQe2 Qe1;

!∋(%∃&s)s&

# tt %

2;

021 2 1

P2 ∀Q2

EV ∀)

!#

;

∋

Z ∗+

2sen

,−

./

0 ∗+∋1

! B 0,5 2%Pe2 )Pe1&∃∀Qcot ,−3;

P# %

4 ./5

0ZP P ∃1

% B&

! #∃ #∃ arcsen m ;

6 76 7

Cp 23

EV

!PPP;

#∃

A mB

∗∀P +

!6S#arccos,

−;

!6 6 ∋

#)

2;

2 S

1 0EV 1

%cos6∃cos6 % P 66 ;

!QT #2 2 C ∃AC ∃2 &3(0HPr 4Z 5

siendo ω0, H, Pr y Pm parámetros predeterminados:

–: siendo ω0 una frecuencia angular nominal del generador síncrono (E);

–: siendo H una constante de inercia de las masas rotativas del generador síncrono;

–: siendo Pr una potencia de referencia a la que se ha determinado la constante de inercia H;

–: siendo Pm una potencia mecánica que impulsa al generador síncrono, y

–: siendo una comparación de QT con s22 tal que:

Si s22 ≤ QT, el generador mantiene un funcionamiento estable una vez que se ha subsanado el fallo inicial.

Si QT lt; s22, se predice una inestabilidad transitoria.

La invención también versa acerca de un dispositivo que implementa el procedimiento de la invención.

El procedimiento de la invención permite ventajosamente un control estrecho de una estabilidad dinámica en desarrollo, contribuyendo así a mantener al generador en servicio de forma muy controlada y a ofrecer al operador del sistema la información que puede ser usada en volver a disponer la reconfiguración de la topología del sistema de manera oportuna, contribuyendo así a evitar la pérdida de la generación que lleve potencialmente a apagones.

Breve descripción de los dibujos

Otras características y ventajas de la invención se aclararán con la lectura de una realización preferente de la invención realizada con referencia a las figuras adjuntas, en las que:

–: la Figura 1 representa un circuito equivalente del circuito eléctrico que implementa el procedimiento de la invención; y

–: la Figura 2 es una curva que permite explicar el procedimiento de la invención.

Descripción detallada de la realización preferente de la invención

La Figura 1 representa un circuito equivalente del circuito eléctrico que implementa el procedimiento de la invención.

El circuito equivalente comprende un generador síncrono E, una carga L, una impedancia ZC de conexión, un sistema de alimentación PS, dos dispositivos de medición MP,Q y MS y una calculadora U. La carga L está conectada en los terminales del generador y la impedancia ZC de conexión conecta el generador E al sistema de alimentación PS. Una potencia mecánica Pm impulsa al generador E y se proporciona en los terminales del generador una potencia eléctrica Pe, Qe (Pe es la potencia activa y Qe es la potencia reactiva). La potencia eléctrica Pe, Qe se divide entre la potencia eléctrica Po, Qo proporcionada a la carga L (Po es la potencia activa y Qo es la potencia reactiva) y la potencia eléctrica PL, QL proporcionada al conjunto constituido por la impedancia ZC de conexión y el sistema de alimentación PS (PL es la potencia activa y QL es la potencia reactiva).

Hay una tensión V en los terminales del generador E y hay una tensión Ve-jγ en los terminales del sistema de alimentación PS. La impedancia ZC de conexión es tal que:

ZC #Zej8

Durante el funcionamiento normal, la potencia mecánica Pm es igualada por la potencia eléctrica Pe con un ángulo de fase particular γP del ángulo de fase γ (véase la Figura 2). El ángulo de fase γP es:

6#arcsen%Z 9%P ∃P &

%E9V &&,

P mB

siendo PB la potencia derivada del generador por la carga local L (P0) más las pérdidas de potencia en la impedancia ZC de conexión. Tal como sabe el experto en la técnica, hay un ángulo crítico γC que corresponde al ángulo γP:

#∃ (cf. Figura 2)

6C 76P

El deslizamiento s de frecuencia del generador síncrono está dado por la fórmula:

s (( ( 0,#∃

% 0 &

siendo ω la frecuencia angular actual del generador E y siendo ω0 la frecuencia angular nominal del generador síncrono E.

En el ángulo γP el deslizamiento puede ser mayor que cero y, debido a eso, el ángulo del generador aumenta. Para ángulos γ mayores que γP y menores que γC, la potencia eléctrica Pe es mayor que la potencia mecánica Pm; por lo tanto, el generador desacelera y, en consecuencia, el deslizamiento disminuye. La estabilidad angular transitoria se pierde si, en el ángulo crítico γC, el deslizamiento sigue siendo mayor que cero. Si así fuera, la potencia mecánica sería mayor que la potencia eléctrica y el generador aceleraría, llevando a un deslizamiento polar. La potencia PA de aceleración es:

P #∃ PP

A mB

Para un ángulo γM medido entre γP y γC, se respeta la condición de estabilidad si el deslizamiento sM asociado con el ángulo γM es:

21 0EV 1

∃P ∃&

s :%cos6∃cos6 % 66 (1)

M 2 M C ACM 3

(0HPr 4Z 5

siendo H la constante de inercia de las masas rotativas del sistema (generador + motor primario) y siendo Pr una potencia de referencia a la que se ha determinado la constante de inercia H (Pr es, generalmente, la potencia nominal del generador).

El dispositivo de la invención comprende medios para comprobar si se respeta o no la desigualdad (1). Para hacerlo, el dispositivo de la invención comprende dispositivos de medición MP,Q y MS y una calculadora U.

Por lo tanto, después de que se haya subsanado un fallo, el dispositivo de medición MP,Q mide la potencia eléctrica Pe1, Qe1 en el instante t1 y la potencia eléctrica Pe2, Qe2 en el instante t2 (t2gt;t1) y el dispositivo de medición MS mide los correspondientes deslizamientos s1 y s2 en los respectivos instantes t1 y t2 (cf. la Figura 2). En el instante t1, el ángulo γ es γ1 y, en el instante t2, el ángulo γ es γ2. Los datos de medición t1, Pe1, Qe1, s1, y t2, Pe2, Qe2, s2 son datos de entrada de la unidad de cálculo U.

En primer lugar, la unidad de cálculo U calcula:

PP P1,

∀# ∃

e2 e

QQ ∃Q 1,

∀#

e2 e

y

∋6 6

#∃ por medio de s2, t2, s1 y t1.

2 1,

t

De hecho, ∋(sdt#; y, por lo tanto,

t

lt;9∃9 ) % t &ss &

∋(t %

2

0 21 21

A continuación, se calculan el ángulo γS (γS = [γ2 + γ1]/2) e γ2:

∗+

∀P

6S #arccos,−

,

.

66∋

#)

2

2 S

También se calculan la cantidad EV/Z y la potencia PB:

P2 ∀Q2EV ∀)

# ,

Z ∋

∗+

2sen

,−

./

y

0 ∗+∋1

P #0,5 %P )P &∃∀

B 2e2 e1 % Q cot ,−3

4 ./5

Según se ha mencionado ya, el ángulo γC, que corresponde al equilibrio inestable, y la potencia PA de aceleración son, respectivamente:

0ZPm PB

%∃ &1

#∃ #∃ arcsen ,

6 76 7

Cp 23

EV

y

P #∃ PP

A mB

Así, también se calculan el ángulo γC y la potencia PA de aceleración.

A continuación, la unidad de cálculo calcula la cantidad QT de modo que:

1 0EV 1

QT # cos6∃cos6C ∃P 66

2% 2 &% AC ∃2 &3

(0HPr 4Z 5

Acto seguido, QT se compara con s22:

Si QT lt; s22, puede predecirse una inestabilidad transitoria.

Así, el procedimiento de la invención permite ventajosamente obtener una información I que indica, antes de que ocurra realmente, si el deslizamiento será o no mayor que cero en el ángulo de fase crítico.

El procedimiento de predicción de la invención calcula la información I en función de mediciones de señales disponibles localmente: potencias activa y reactiva, su tasa de cambio y el deslizamiento del rotor. Conociendo esos parámetros, puede determinarse en ángulo de fase crítico y es posible comprobar, antes de que ocurra realmente, si el deslizamiento será mayor que cero en el ángulo crítico. El dispositivo de medición MP,Q es, por ejemplo, un ordenador o un microprocesador con algoritmos apropiados implementados para la medición de la potencia activa y la reactiva. El dispositivo de medición MS es, por ejemplo, una unidad analógica o digital de medición de la velocidad y el deslizamiento de rotación de un generador. La calculadora U es, por ejemplo, un ordenador o un microprocesador.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento de predicción de una estabilidad transitoria de un generador síncrono (E) que proporciona una potencia eléctrica activa Pe y una potencia reactiva Qe a un sistema de alimentación (PS), comprendiendo el procedimiento, una vez que se ha subsanado un fallo:

5 ∃una medición de la potencia eléctrica Pe1, Qe1 en el instante t1 y de la potencia eléctrica Pe2, Qe2 en un instante t2 superior a t1, ∃una medición del deslizamiento s1 de frecuencia del generador síncrono en el instante t1 y del deslizamiento s2 de frecuencia del generador síncrono en el instante t2, ∃un cálculo, por medio de una unidad de cálculo (U), de:

PP P1;

!∀# ∃

e2 e

QQ Q 1;

!∀# ∃

e2 e

!∋(0 %t2 ∃t1&%s2 )s &

# 1

2;

EV

!#

Z ∋

∗+

2sen

,−

./ 0 ∋1

∗+

! B 0,5 2%Pe2 )Pe1&∃∀Q cot ,−3;

P # %
4 ./5 %∃&1

0ZPm PB

!6 76 7 #∃#∃ arcsen ;

Cp 23

EV

4 5

PPP ;

! #∃

A mB

∗+

∀P

!6S #arccos,−;

,

. !6 6 ∋

#)

2;

2 S

1 0EV 1

%cos6∃cos6 % P 66 ;

!QT #2 2 C ∃AC ∃2 &3(0HPr 4Z 5

10 siendo ω0, H, Pr y Pm parámetros predeterminados:

∃siendo ω0 una frecuencia angular nominal del generador síncrono (E); ∃siendo H una constante de inercia de las masas rotativas del generador síncrono; ∃siendo Pr una potencia de referencia a la que se ha determinado la constante de inercia H; ∃siendo Pm una potencia mecánica que impulsa al generador síncrono, y

15 ∃una comparación de QT con s22 tal que:

Si s22 ≤ QT, el generador mantiene un funcionamiento estable una vez que se ha subsanado el fallo inicial. Si QT lt; s22, se predice una inestabilidad transitoria.
2. Un dispositivo de predicción de una estabilidad transitoria de un generador síncrono (E) que proporciona una

20 potencia eléctrica activa Pe y una potencia reactiva Qe a un sistema de alimentación (PS), comprendiendo el dispositivo:

∃un dispositivo de medición (MP,Q) que mide la potencia eléctrica Pe1, Qe1 en el instante t1 después de que se haya subsanado un fallo y la potencia eléctrica Pe2, Qe2 en el instante t2 superior a t1,

∃un dispositivo de medición (MS) que mide el deslizamiento s1 de frecuencia del generador síncrono en el instante t1 y del deslizamiento s2 de frecuencia del generador síncrono en el instante t2,

∃una unidad de cálculo (U) que calcula:

PP P1;

!∀# ∃

e2 e

QQ Q 1;

!∀# ∃

e2 e

#0 %t2 ∃t1&%s2 )s1&

!∋(

2;

P2 ∀Q2

EV ∀)

!#

;

Z ∋

∗+

2sen

,−

./

0 ∋1

∗+

! B 0,5 2%Pe2 )Pe1&∃∀Q cot ,−3;

P # %
4 ./5

%∃PB &1

0ZPm

!6 76 7 #∃#∃ arcsen ;

Cp 23

EV

PPP ;

! #∃

A mB

∗+

∀P

!6#arccos,

−;

S , 22 −

P ∀Q

∀)

.

/

!6 6 ∋

#)

2;

2 S

1 0EV 1

%cos6∃cos6 % P 66 ;

!QT #2 2 C ∃AC ∃2 &3(0HPr 4Z 5

siendo ω0, H, Pr y Pm parámetros predeterminados:

∃siendo ω0 una frecuencia angular nominal del generador síncrono (E); ∃siendo H una constante de inercia de las masas rotativas del generador síncrono; ∃siendo Pr una potencia de referencia a la que se ha determinado la constante de inercia H; ∃siendo Pm una potencia mecánica que impulsa al generador síncrono, y ∃un medio de comparación (U) para comparar QT con s22 de modo que:

Si s22 ≤ QT, el generador mantiene un funcionamiento estable una vez que se ha subsanado el fallo inicial. Si QT lt; s22, se predice una inestabilidad transitoria.