Procedimiento y aparato para determinar un margen de estabilidad de la tensión para una restricción de carga dentro de un sistema de red eléctrica.

Un procedimiento de monitorización de la estabilidad de la tensión dentro de un sistema de red eléctrica,

comprendiendo el procedimiento las etapas de establecer un margen de estabilidad de la tensión MargenEstabilidad basado en una característica operativa del sistema de red eléctrica que incluye el cálculo:**Fórmula**

en la que

ZL es una impedancia de carga conectada al bus del sistema de red eléctrica y ZS es una impedancia de fuente equivalente del sistema de energía, de modo que:**Fórmula**

en la que

a) ZL1 y ZL2 son, respectivamente, los valores inicial y final de la impedancia de carga ZL,

b)**Fórmula**

siendo S una potencia aparente de carga, siendo V una tensión del sistema de red eléctrica y siendo Y la admitancia de carga dada por Y ≥ 1/ZL, y**Fórmula**

con Δ ≥ Φ S - Φ L,

c) siendo Φ S el ángulo de fase de la impedancia de fuente equivalente y siendo Φ L el ángulo de fase de la carga, F ≥ cos[0,5(Δ1 + Δ2)], y

d)**Fórmula**

siendo Δ1 y Δ2, respectivamente, los valores inicial y final de Δ; indicando que el sistema de red eléctrica se ha vuelto inestable cuando el margen de estabilidad de la tensión cae por debajo de un valor predeterminado, e iniciando una restricción y/o una restauración dinámicas de carga dependiendo del margen de estabilidad de la tensión

Procedimiento y aparato para determinar un margen de estabilidad de la tensión para una restricción de carga dentro de un sistema de red eléctrica

La presente invención versa sobre un procedimiento de determinación de un margen de estabilidad de la tensión dentro de un sistema de red eléctrica, y sobre un aparato para monitorizar límites de estabilidad de la tensión dentro de un sistema de red eléctrica y para el control dinámico de la restricción y la restauración de carga.

Durante las perturbaciones a gran escala del sistema de red eléctrica, la última linea de defensa que impide el colapso de la tensión es la restricción de carga en las estaciones en las que el margen de estabilidad de la tensión se vuelve demasiado bajo.

Estas perturbaciones pueden llevar al sistema de red eléctrica a volverse inestable, lo que puede provocar un colapso de la tensión o un corte de suministro.

Para permitir que se adopte una medida correctiva es necesario, en primer lugar, establecer cuándo se ha vuelto inestable el sistema de red eléctrica.

Los sistemas convencionales de monitorización comparan la frecuencia del sistema de red eléctrica, la tasa de cambio de la frecuencia, el nivel de tensión, la tasa de decaimiento de la tensión, los niveles del flujo de potencia, con un valor de referencia fijo, e indican que el sistema de red eléctrica se ha vuelto inestable cuando la tensión o la frecuencia han caído por debajo del valor de referencia.

Actualmente, los dispositivos monitorizan la frecuencia y/o la tensión con configuraciones fijadas en las que la restricción de carga puede iniciarse en etapas cuando la frecuencia o la tensión han declinado hasta un nivel

acordado.

La desventaja de tal enfoque resulta del hecho de que la relación entre el nivel de tensión y el límite de estabilidad depende mucho de la FEM fuente y del factor de la potencia de carga. Así, restringir la carga en etapas en configuraciones fijas de tensión no garantiza que el sistema permanezca estable después de que se complete la

operación.

Por lo tanto, existe la necesidad de evaluar con mayor precisión el nivel de estabilidad de la tensión dentro de un sistema de red eléctrica para permitir una restricción y/o una restauración dinámicas de carga que se basen en una estimación dinámica del margen de estabilidad.

El artículo de Balanathan et al: A strategy for undervoltage load shedding in power systems de las actas del congreso POWERCON '98 da a conocer un procedimiento de monitorización de la estabilidad de tensión que usa la relación entre la impedancia de carga y la impedancia de fuente equivalente como medida de la estabilidad de tensión en el bus de carga.

La esencia de la invención es el hecho de que puede usarse la derivada de la potencia aparente con respecto a la admitancia de carga para determinar el margen de estabilidad e iniciar la restricción de carga si el margen se vuelve demasiado pequeño.

La invención se refiere al procedimiento de la reivindicación 1 y al aparato de la reivindicación 5.

Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento de monitorización de la estabilidad de la tensión en un sistema de red eléctrica que comprende las etapas de:

establecer un margen dinámico de estabilidad del sistema de red eléctrica basado en una característica operativa del sistema de red eléctrica; e

indicar que el sistema de red eléctrica se ha vuelto inestable cuando el margen dinámico de estabilidad del sistema de red eléctrica cae por debajo de un valor predeterminado;

iniciar la restricción y/o la restauración dinámicas de carga dependiendo del margen de estabilidad.

El procedimiento de monitorización de la estabilidad de tensión en un sistema de red eléctrica incluye las etapas de:

medir la tensión V del sistema de red eléctrica,

estimar el ángulo fuente cps con un error no superior a (+/-) 7 grados,

medir el valor del ángulo de carga cpL en el bus,

establecer una diferencia (A) entre el ángulo fuente cps y el ángulo de carga cpL,

determinar un estado de la estabilidad de la tensión calculando la derivada de la potencia aparente con respecto a la admitancia de carga (dS/dY),

determinar el margen (M) de estabilidad en relación con el cociente entre la impedancia de carga y la impedancia de la fuente,

determinar el punto operativo de tensión (Vpo) en relación con A,

ajustar dinámicamente la diferencia entre el ángulo fuente cps y el ángulo de carga cpL para actualizar continuamente el punto operativo de tensión (Vpo),

determinar una cantidad de carga que ha de restringirse si el margen (M) se vuelve demasiado bajo, y/o iniciar la restricción controlada de carga cuando la diferencia (DV) entre la tensión del sistema de red 5 eléctrica y el punto operativo de tensión es mayor que cero y/o el margen (M) de estabilidad alcanza un

valor predeterminado,

restaurar automáticamente la carga cuando el margen (M) y/o los cocientes de DV vuelven a los valores fijos predeterminados.

Aunque un sistema de red eléctrica se haya vuelto Inestable, no siempre es necesario tomar medidas correctivas 10 porque, por ejemplo, el sistema de red eléctrica puede ser capaz de corregirse por sí mismo sin intervención.

Las anteriores etapas establecen criterios adicionales para determinar si deben tomarse medidas correctivas, en forma de restricción de carga, tras una indicación de que el sistema de red eléctrica se ha vuelto Inestable. El punto dinámico operativo de tensión varía según los cambios en el sistema de red eléctrica y, por ello, es un reflejo del estado real del sistema de red eléctrica. En consecuencia, estas etapas contribuyen a reducir adlclonalmente la 15 incidencia de una intervención innecesaria para restaurar la estabilidad en un sistema de red eléctrica y, así, reducir la inconveniencia causada a los usuarios del sistema de red eléctrica.

El procedimiento se basa en la definición de la estabilidad de tensión y calcula el cociente como la derivada de la potencia aparente de carga con respecto a la admitancia de carga. Tal factor proporciona una indicación muy buena del nivel de estabilidad de la tensión en un sistema de red eléctrica y, por ello, permite una determinación precisa de 20 si el sistema de red eléctrica se ha vuelto inestable.

Según la invención, la derivada de la potencia aparente de carga con respecto a la admitancia de carga

'dS'

[dYj

está

determinada por

dS

dY

\-(ZsYf-2(ZSY)

V2

Y

d(eos A) dY

1+(ZSY) +2 (ZSY) eos A

siendo S la potencia aparente de carga, siendo V la tensión del sistema de red eléctrica, siendo Zs la ¡mpedancla de la fuente, siendo Y la admitancia de carga, dada por Y = 1/Z|_, siendo Zl la ¡mpedancla de carga, y siendo A la 25 diferencia dinámica del ángulo de fase entre la fuente y la carga del sistema de red eléctrica.

Esto permite un cálculo inmediato de la derivada de la potencia aparente de carga con respecto a la admitancia de carga y, por ello, facilita la actualización constante de este cociente para que refleje los cambios en el sistema de red

eléctrica.

A se determina dinámicamente por

A = (Ps-<Pl>

siendo 9s el ángulo de fase de la fuente y siendo cpL el ángulo de fase de la carga.

El procedimiento incluye la medición de cpL en el sistema de red eléctrica y la determinación de cps mediante estimación.

Tales etapas simplifican el cálculo de la derivada de la potencia aparente de carga con respecto a la admitancia de carga.

Según la invención, establecer un margen dinámico de estabilidad del sistema de red eléctrica basado en una característica operativa del sistema de red eléctrica incluye calcular el margen de estabilidad (MargenEstab¡i¡dad) del sistema de red eléctrica según

Margen^

siendo

y

F = cos[o, 5 (Al + A2)] F=yA^l,

siendo Zu y Zl2 valores inicial y final de la impedancia de carga, siendo A1 y A2 los valores inicial y final del ángulo A, siendo F y F2 factores intermedios para simplificar la fórmula y estando dado M por

M

dS

V2dY

A,vc/SA

Y

\Sj

VdYJ

Tales etapas establecen un margen dinámico de estabilidad del sistema de red eléctrica que refleja con precisión el nivel de estabilidad en el sistema de red eléctrica y puede ser usado para... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de monitorización de la estabilidad de la tensión dentro de un sistema de red eléctrica, comprendiendo el procedimiento las etapas de establecer un margen de estabilidad de la tensión MargenEstab¡i¡dad basado en una característica operativa del sistema de red eléctrica que incluye el cálculo:

MargenEstabilidad

A

Zs

1,

en la que

ZL es una impedancia de carga conectada al bus del sistema de red eléctrica y Zs es una impedancia de fuente equivalente del sistema de energía, de modo que:

~L 2

-L1 J

M+1

-(MF+F2)+ (MF+F2f-M2 +1

13,5

en la que

a) ZLi y ZL2 son, respectivamente, los valores inicial y final de la impedancia de carga Zl,

b)

M

dS

V2dY

Y

vs,

dY)

siendo S una potencia aparente de carga, siendo V una tensión del sistema de red eléctrica y siendo Y la admitancia de carga dada por Y = 1/Zl, y

dS

dY

l-(ZsY)2-2(ZsY)

V2

rd(cosA)

dY

1+(ZSY) +2 (ZSY) eos A

con A = cps - 9l,

c) siendo cps el ángulo de fase de la impedancia de fuente equivalente y siendo cpi_ el ángulo de fase de la carga, F = cos[0,5(A1 + A2)], y

d)

F2

yd{COSA)

dY

siendo A1 y A2, respectivamente, los valores inicial y final de A; indicando que el sistema de red eléctrica se ha vuelto inestable cuando el margen de estabilidad de la tensión cae por debajo de un valor predeterminado, e iniciando una restricción y/o una restauración dinámicas de carga dependiendo del margen de estabilidad de la tensión.

2. Un procedimiento de monitorización de la estabilidad dentro de un sistema de red eléctrica según la Reivindicación 1 en el que el ángulo de fase de la carga cpi_ se mide en el bus en el sistema de red eléctrica y el ángulo de fase de la impedancia de fuente equivalente cps se estima con un error no superior a (+/-) 7 grados.

3. Un procedimiento de monitorización de la estabilidad de la tensión dentro de un sistema de red eléctrica según la Reivindicación 1 que, además, comprende una etapa de determinación de un punto operativo de tensión Vpo basado en la característica operativa del sistema de red eléctrica, calculándose dicho punto operativo de tensión Vpo en relación con S, Y, Zs según:

V2 -

vpo ~

rdSy

IcfyJ

\ + H2 +2H eos A

1 -H2-H

2 Y

d(eos A) dY ,

denotando el factor H" la relación (ZsY), en la que debería Iniciarse la restricción de carga, y actualizándolo continuamente en relación con los cambios en la diferencia entre el ángulo de fase de la ¡mpedancla de fuente equivalente 9s y el ángulo de fase de la carga cpi_.

4. Un procedimiento de mantenimiento de la estabilidad dentro de un sistema de red eléctrica, comprendiendo el procedimiento un procedimiento de monitorización de la estabilidad de la tensión dentro del sistema de red eléctrica según cualquier reivindicación 1, 2, 3 y que, además, comprende una etapa de inclusión de la restauración automática de la carga cuando el margen de estabilidad de la tensión vuelve a valores fijos predeterminados.

5. Un aparato para monitorizar la estabilidad de la tensión dentro de un sistema de red eléctrica, incluyendo el aparato:

un módulo de establecimiento para establecer un margen dinámico de estabilidad del sistema de red eléctrica basado en una característica operativa del sistema de red eléctrica,

un indicador para indicar que el sistema de red eléctrica se ha vuelto inestable cuando el margen dinámico de estabilidad del sistema de red eléctrica cae por debajo de un valor predeterminado, un módulo de medición para medir la tensión V del sistema de red eléctrica,

un módulo de estimación para estimar el ángulo de impedancia de fuente equivalente cps con un error no superior a (+/-) 7 grados,

un módulo de medición para medir el valor del ángulo de fase de la carga cpL en el bus del sistema de red eléctrica,

un módulo de establecimiento para establecer una diferencia A entre cps y cpi_,

un módulo de determinación para determinar un estado del margen de estabilidad de la tensión calculando dS/dY, de modo que:

yd{COSA)

____________________dY

dY ~V 1+(Zsy)2+2 (ZSY) eos A

siendo S la potencia aparente de carga, siendo Zs la impedancia de fuente equivalente del sistema de red eléctrica, siendo Y la admitancia de carga dada por Y = 1/ZL, siendo Zl la impedancia de carga conectada a un bus del sistema de red eléctrica, y

un módulo de determinación para determinar dicho margen de estabilidad de la tensión en relación con la relación entre la impedancia de carga y la impedancia de fuente equivalente según:

dS

1-(ZsY)2-2(ZsY)

MargenEstabilidad

siendo

ZL

M +1

-(MF+F2)+ (MF+F2f-M2 +1

10,5

siendo Zu y Zi_2, respectivamente, los valores inicial y final de la impedancia de carga Zl y:

M

dS (Y Y dS

V2dY y SÁdYf F = cos[o, 5 (A1+A2)],

/_=yd(cosA)

siendo A1 y A2, respectivamente, los valores inicial y final de A; incluyendo el aparato, además, un medio para iniciar la restricción y/o la restauración dinámicas de carga dependiendo de dicho margen de estabilidad.

6. Un aparato según la reivindicación 5 que, además, comprende:

un módulo de determinación para determinar un punto operativo de tensión Vpo en relación con A, de modo que:

dS

KdY.

1 + H2 +2H cosA

1 -H2-H

2 Y

d(eos A) dY ,

denotando H la relación (ZsY), en la que debería iniciarse la restricción de carga, y 5 un módulo de corrección para ajustar dinámicamente la diferencia A para actualizar continuamente el punto

operativo de tensión (Vpo).

7. Un aparato según cualquier reivindicación 5 o 6 que, además, comprende un módulo de determinación para determinar la cantidad de carga que ha de restringirse si dicho margen de estabilidad de la tensión se vuelve demasiado bajo.

8. Un aparato según cualquier reivindicación 5 a 7 en el que el medio de inicio comprende un módulo de inicio

para iniciar la restricción controlada de carga cuando dicho margen de estabilidad de la tensión alcanza valores predeterminados y un módulo de restauración para restaurar automáticamente la carga cuando dicho margen de estabilidad de la tensión vuelve a valores fijos predeterminados.