ESTIMACIÓN DE PARAMETROS PARA REDES ELÉCTRICAS.

Un método para la estimación de parámetros en una red eléctrica de potencia,

que comprende las etapas de: - la medición, repetida y sincronizadamente, en una pluralidad de localizaciones de la red, de las variables eléctricas de la red; y - la identificación, durante el funcionamiento de la red, de los parámetros válidos actualmente de un modelo matemático de la red eléctrica; caracterizado por que el método comprende - el cálculo, a partir de un modelo matemático que tenga los parámetros actualmente válidos, de una cantidad de potencia para la desconexión de carga correctora que cambie una frecuencia de red predicha hacia una frecuencia de red nominal. en el que - las variables medidas son la frecuencia ω, la potencia absorbida por cada una de la pluralidad de cargas observadas Pc,i y una pérdida de potencia activa total Ppérdida; y - los parámetros identificados comprenden los parámetros de carga actualmente válidos ai, bi, ci, di, que representan una dependencia de la carga de la frecuencia y la tensión

Campo de la invención

La invención se refiere a campo de las redes eléctricas de transmisión de potencia y, más particularmente, a un método, programa de ordenador y aparato para la estimación de parámetros de una red eléctrica de potencia. Antecedentes de la invención

Una red o sistema eléctrico de transmisión de potencia comprende líneas de alta tensión y subestaciones para la transformación de las tensiones y para la conmutación de las conexiones entre líneas. A la red se conectan las cargas y las plantas de generación de energía. Un problema importante cuando se controla la generación de energía y la carga es mantener estable la frecuencia de red, es decir evitar condiciones de alta o baja frecuencia. A consecuencia de las perturbaciones importantes, tales como la parada de una estación de generación grande o una interconexión a un sistema contiguo, la frecuencia media caerá en el sistema. A menos que se elimine la caída de frecuencia antes de que la frecuencia alcance 47-48 Hz en un sistema de 50 Hz (o 57-58 Hz en un sistema de 60 Hz), las unidades térmicas dispararán dado que sus turbinas se dañarían con un funcionamiento prolongado en baja frecuencia y entonces es altamente probable un apagón. En estas situaciones, puede por lo tanto ser necesario desconectar carga para preservar la integridad del sistema.

La desconexión de cargas con baja frecuencia (UFLS, del inglés “Underfrequency Load Shedding”) es la protección más ampliamente utilizada contra la inestabilidad de la frecuencia. Típicamente, la carga se desconecta basándose en una medición de la frecuencia local en varios pasos de 5-20% cada uno. Los valores de umbral típicos son 57-58,5 Hz para sistemas de 60 Hz o de 48-48,5 Hz para un sistema de 50 Hz. Normalmente hay también un retardo de tiempo intencionado para el rechazo de ruidos. Los inconvenientes de este tipo de relés es su lenta respuesta, debido a que tienen que esperar hasta que la frecuencia ya sea baja antes de ordenar la desconexión de cargas. Como resultado, se puede desconectar demasiada carga (sobre desconexión) produciendo como resultado una condición de alta frecuencia.

Es bien conocido que un desequilibrio de potencia ΔP a continuación de la parada de un generador o una desconexión de línea se puede calcular a partir de una relación de cambio inicial dω/dt de la frecuencia y una constante de inercia del sistema Hsistema de acuerdo con la fórmula:

dω

(1) ΔP = 2Hsistema

dt como se muestra por ejemplo en P.M. Anderson y M. Mirheydar, “A low-order System Frequency Response Model”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 5, nº. 3, 1990. Este valor se puede usar como una indicación de la cantidad de carga que se ha de desconectar para eliminar una caída adicional de frecuencia. Existen varias propuestas para relés UFLS basados en mediciones locales. Tales relés evitan la respuesta lenta de los relés convencionales, sin embargo, dado que hay una falta de coordinación entre los relés, es difícil ajustarlos de manera que se evite la sobre desconexión. Un inconveniente adicional de ambos tipos de relés es que su ajuste depende de suposiciones hechas fuera de línea de la respuesta de las cargas ante desviaciones de frecuencia y de la inercia del sistema restante. Dado que éstas varían de perturbación a perturbación, los relés se han de ajustar para un escenario del peor caso y por lo tanto pueden tomar acciones de control excesivas, conduciendo también a una alta frecuencia.

V.V. Terzija, H. J.Koglin, “New Approach of Adaptive Automatic Load Shedding", ETEP Vol. 11, Nº, 5, septiembre/octubre de 2001, propone determinar la frecuencia y su velocidad de cambio mediante un algoritmo del tipo de Newton no recursivo usando mediciones de frecuencia en varias localizaciones y constantes de inercia de los generadores conectados para determinar una frecuencia media del sistema.

25 Descripción de la invención Es un objeto de la invención crear un método, programa de ordenador y aparato para la estimación de los parámetros de una red eléctrica de potencia del tipo mencionado inicialmente, que mejore una estimación para los parámetros de funcionamiento de la red actualmente válidos.

30 Estos objetos se consiguen mediante un método, programa de ordenador y aparato para la estimación de los parámetros de una red eléctrica de potencia de acuerdo con las reivindicaciones 1, 8 y 9.

El método inventivo para la estimación de los parámetros de una red eléctrica de potencia comprende las etapas de: 35 • la medición de modo repetido, en una pluralidad de localizaciones de la

red, de los valores síncronos de las variables eléctricas de la red;

• la identificación, durante el funcionamiento de la red, de los parámetros válidos actualmente de un modelo matemático de la red eléctrica; caracterizado por

el cálculo, a partir de un modelo matemático que tenga los parámetros actualmente válidos, de una cantidad de potencia para la desconexión correctora de carga que desplace una frecuencia de red predicha hacia una frecuencia de red nominal.

en el que

• las variables medidas son la frecuencia, la potencia absorbida por cada una de la pluralidad de cargas observadas y una pérdida de potencia activa total; y

• los parámetros identificados comprenden los parámetros de carga actualmente válidos, que representan una dependencia de la carga de la frecuencia y la tensión. Esto permite la estimación continua de las características de carga

durante el funcionamiento de la red. Por lo tanto es posible tener en cuenta una variación inherente de las características de la carga con respecto a las variaciones de tensión y frecuencia. Esto mejora la precisión de la estimación y la fiabilidad de las acciones y cálculos adicionales basados en el estado estimado.

En una variante preferida de la invención el modelo incorpora un efecto de coeficientes de sensibilidad que especifican, para cada carga, una dependencia de los cambios de tensión de la potencia real y reactiva consumida. Esto mejora adicionalmente la precisión del modelo y de los parámetros estimados.

En una variante preferida adicional de la invención, se calculan parámetros de una representación en el espacio de estado lineal de la dinámica de la red, comprendiendo la representación del espacio de estado un término que representa perturbaciones no controladas de la generación o consumo de potencia. Esto permite modelizar el efecto de tales perturbaciones sobre los estados del modelo lineal explícitamente y o bien estimar las perturbaciones no conocidas continuamente o bien incorporar las perturbaciones medidas en el modelo, mejorando la estimación u otras variables y/o parámetros.

En una variante preferida adicional de la invención, el método comprende la etapa del cálculo, a partir del modelo matemático que tiene los parámetros actualmente válidos, de un indicador de la estabilidad de frecuencia como una frecuencia en estado estable predicha y* de la red. Esto permite determinar si la frecuencia en estado estable predicha y* es aceptable o no y hasta qué punto la frecuencia en estado estable predicha y* excede los límites aceptables.

En una variante preferida adicional de la invención, el método comprende la etapa del cálculo, a partir del modelo matemático que tiene los parámetros actualmente válidos, de una cantidad de potencia para la desconexión de carga correctiva que desplace la frecuencia de red predicha hacia la frecuencia objetivo que esté más cercana a la frecuencia de red nominal. Esto permite la iniciación de una acción protectora mediante la descarga aproximadamente de dicha cantidad de potencia en una o más localizaciones en la red.

El programa de ordenador para la estimación de los parámetros de una red eléctrica de potencia de acuerdo con la invención se puede cargar en una memoria interna de un ordenador digital y comprende un medio de códigos de programa de ordenador para hacer que, cuando dicho medio de códigos de programas de ordenador se carga en el ordenador, el ordenador ejecute el método de acuerdo con la invención. En una realización preferida de la invención, un producto de programa de ordenador comprende un medio que pueda leer un ordenador, que tenga un medio de códigos de programa de ordenador registrado en él.

El aparato para la estimación de los parámetros de una red eléctrica...

1. Un método para la estimación de parámetros en una red eléctrica de potencia, que comprende las etapas de: • la medición, repetida y sincronizadamente, en una pluralidad de localizaciones de la red, de las variables eléctricas de la red; y

• la identificación, durante el funcionamiento de la red, de los parámetros válidos actualmente de un modelo matemático de la red eléctrica; caracterizado por que el método comprende

10 • el cálculo, a partir de un modelo matemático que tenga los parámetros actualmente válidos, de una cantidad de potencia para la desconexión de carga correctora que cambie una frecuencia de red predicha hacia una frecuencia de red nominal. en el que • las variables medidas son la frecuencia ω, la potencia absorbida por cada una de la pluralidad de cargas observadas Pc,i y una pérdida de potencia activa total Ppérdida; y

• los parámetros identificados comprenden los parámetros de carga

actualmente válidos ai, bi, ci, di, que representan una dependencia de la 20 carga de la frecuencia y la tensión.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el modelo incorpora un efecto de coeficientes de sensibilidad E, F que especifican, para cada carga, una dependencia del cambio de tensión de la potencia real y reactiva

25 consumida.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que se calculan los parámetros de una representación en el espacio de estado lineal Aedo, Bedo, Cedo, Eedo de la dinámica de la red, siendo la representación en el espacio de

30 estado

dΔx

= AedoΔx + BedoΔk + EedoΔp

dt

Δy = CedoΔx

y que comprende un término EedoΔp para las perturbaciones no controladas en la generación o consumo de potencia y en el que un vector de estado Δx y una salida Δy de la representación en el espacio de estado comprenden al menos una o más frecuencias de red.

4. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende la etapa de

• el cálculo, a partir de un modelo matemático que tenga los parámetros actualmente válidos, de un indicador de estabilidad de frecuencia como la frecuencia en estado estable predicha y* de la red.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 4 y la reivindicación 3, en el que la frecuencia en estado estable predicha y*se calcula como

y* = y0+ Δy*

donde

Δy* = Cedo Aedo -1 Eedo Δd

y donde y0 es un punto de funcionamiento de referencia y Δy*es una diferencia con relación a este punto de funcionamiento.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la cantidad de potencia para la desconexión de carga correctiva se calcula como

* −1

Δy + CA E Δp

ref edo edo edo

ΔP = – −1

Cedo Aedo Bedo

* *

donde y0 es un punto de funcionamiento de referencia y Δ y ref = y ref –y0 es una frecuencia objetivo posterior a la desconexión que se necesita alcanzar.

7. Programa de ordenador para la estimación de parámetros de una red eléctrica de potencia que se puede cargar y ejecutar en una unidad de procesamiento de datos y en el que el programa de ordenador, cuando se

ejecuta, realiza las etapas de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.

8. Aparato para la estimación de parámetros de una red eléctrica de

5 potencia, que comprende un procesador de datos, una memoria acoplada al procesador y un medio de códigos de programas de ordenador almacenado en dicha memoria, en el que dicho medio de códigos de programas de ordenador, cuando se ejecuta por el procesador, realiza las etapas de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 al 6.