Ingeniería Eléctrica · 2025
ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE GRAN PERTURBACIÓN EN UN SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA CONSIDERANDO BARRA ÚNICA ALIMENTADA MEDIANTE GENERACIÓN SÍNCRONA CONVENCIONAL Y VIRTUAL
Los sistemas eléctricos de potencia están compuestos principalmente por generadores, líneas y transformadores capaces de soportar altas potencias eléctricas. En la actualidad, estos sistemas son fundamentales para el desarrollo y funcionamiento de la sociedad, presentando un desafío en su control y operación debido a su robustez para alimentar grandes cargas y soportar fallas variables en el tiempo. Esta capacidad se describe mediante la dinámica de los sistemas eléctricos de potencia, conocida como estabilidad. La estabilidad de estos sistemas analiza la dinámica de sus variables de estado para controlar la frecuencia y la tensión eléctrica, donde la frecuencia está relacionada con el consumo de potencia activa, robustez y constante de inercia, mientras que la tensión depende de la capacidad de las barras y la potencia reactiva del sistema, alimentado por unidades generadoras. Las unidades generadoras son cruciales para la estabilidad, ya que deben coordinar y suministrar los valores de potencia activa y reactiva. Se dividen en máquinas rotativas y estáticas, siendo esenciales las máquinas rotativas (generadores síncronos) por su capacidad de brindar la inercia necesaria para superar perturbaciones en el sistema eléctrico.
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Contenido
- Introducciónp. 13
- Modelado y Simulación de un Generador Síncronop. 14
- Modelo Dinámico de un Generador Síncronop. 14
- Representación Matricial en el Marco de Referencias 𝑑𝑞0p. 20
- Ecuación de Oscilación para un Generador Síncronop. 21
- Inercia de un Generador Síncronop. 22
- Modelo del Generador Síncrono Empleado en Matlab Simulinkp. 23
- Simulink-Matlabp. 25
- Introducción a la Estabilidad de un Sistema Eléctrico de Potenciap. 29
- Definición Actual de Estabilidadp. 29
- Tipos de Inestabilidad en los Sistemas Eléctricos de Potenciap. 29
- Inestabilidad Oscilatoriap. 30
- Inestabilidad sincronizantep. 31
- Inestabilidad Oscilatoria Sincronizantep. 31
- Estabilidad de Gran Perturbación (Estabilidad Transitoria)p. 32
- Consideraciones para el Análisis de Estabilidad Transitoriap. 33
- Relación Potencia-Àngulop. 33
- Simulinkp. 34
- Control de Estabilidad Mediante Métodos Convencionalesp. 37
- Tipos de Controles en un Sistema de Potencia Eléctricap. 38
- Control de Estabilidad Mediante el Sistema de Gobernadorp. 39
- Modelado Diagrama de Bloques para un Gobernador en Matlab-Simulinkp. 40
- Control de Estabilidad Mediante el Sistema AVRp. 42
- Simulinkp. 34
- Matlab-Simulinkp. 44
- Convertidor de Potencia DC/AC (Inversor de Potencia)p. 46
- Filtro Pasivo Pasa Bajos LCLp. 47
- Diseño de un inversor y su sistema de filtrado LCL en entorno Simulink de Matlabp. 47
- Generación Síncrona Virtual (VSG)p. 51
- Estatismo en el VSGp. 53
- Modelo Matemático de un VSGp. 53
- Potencia Activa y Reactiva en un VSGp. 55
- Emulación de Rotor en un VSGp. 55
- Estructura del VSG Empleadop. 58
- Control de Estabilidad Mediante Generación Síncrona Convencional y Virtualp. 61
- Resultadosp. 62
- Conclusionesp. 66
- Referencias Bibliográficasp. 68
- Lista de Apéndicesp. 70
- Figura 1. Esquema de un Generador síncronop. 16
- Figura 2. Cirquito Equivalente para un Generador Síncronop. 17
- Figura 3. Bloque para el Modelo de una Máquina Síncrona en Software Matlab-Simulinkp. 24
- Figura 4. Sistema de Potencia Barra Única en el Entorno de Matlab-Simulinkp. 26
- Figura 5. Señales en Coordenadas dqo Usando Matlab-Simulinkp. 27
- Figura 6. Inestabilidad Oscilatoriap. 30
- Figura 7. Inestabilidad Sincronizantep. 31
- Figura 8. Inestabilidad Oscilatoria Sincronizantep. 31
- Figura 9. Estabilidad Transitoriap. 32
- Figura 10. Sistema de Potencia Barra Infinita Empleadop. 33
- Figura 11. Modelado del Sistema de potencia en el software Matlab-Simulinkp. 35
- Figura 12. Grafica de Frecuencia en Función del Tiempo del Sistema de Potencia analizadop. 35
- Figura 13. Gráfica de Potencia Versus Àngulo Ante la Gran Perturbaciónp. 37
- Figura 14. Secuencia de Control en un Sistema de Potenciap. 39
- Figura 15. Modelado del Gobernador Mediante Matlab-Simulinkp. 40
- Figura 16. Modelado del Servomotor del Gobernador Mediante Matlab-Simulinkp. 41
- Figura 17. Modelo del Gobernador en Software Matlab-Simulinkp. 41
- Figura 18. Diagrama de Bloques Para un Sistema AVR en Entorno Matlab-Simulinkp. 43
- Figura 19. Bloque del AVR en Software Matlab-Simulinkp. 43
- Figura 20. Modelado Dinámico de un Sistema de Potencia Barra única y sus Controladoresp. 45
- Convencionalp. 45
- Figura 22. Inversor Controlado por PWM en Simulink-Matlabp. 47
- Figura 23. Señales de Tensión a la Salida del Inversorp. 48
- Figura 24. Inversor Trifásico con su Sistema de Filtrado LCLp. 50
- Figura 25. Inversor y Sistema de Filtrado LCL Simplificadop. 50
- Figura 26. Señales para el Inversor de Potenciap. 51
- Redp. 52
- Figura 28. Estructura de un Sistema de Generación Síncrona Virtual VSGp. 52
- Figura 29. Modelo Monofásico de un Generador síncrono Virtual VSGp. 54
- Figura 30. Modelo de Bloques para el Rotor Virtual de un VSGp. 56
- Figura 31. Regulador de Frecuenciap. 58
- Figura 32. Regulador de Tensión para un VSGp. 59
- Figura 33. Controlador VSGp. 60
- Convencional y Virtual en Matlab-Simulinkp. 61
- Figura 35. Frecuencia eléctrica del Sistema de Potenciap. 63
- Figura 36. Tensiones de Línea y Corrientes del Sistema de Potenciap. 64
- Figura 37. Señales de Tensión y Corriente del Sistema con GS y VSGp. 64
- Ecuación 1. Transformada de Parkp. 15
- Ecuación 3. Ecuación de Posición Angular de la Máquina Síncronap. 16
- Ecuación 4. Ecuación de Tensiones para la Máquina Síncrona en Coordenadas abcp. 17
- Síncronop. 38
- Ecuación 6. Valores de Inductancias de un generador Síncronop. 18
- Ecuación 7. Matriz de Inductancias en Coordenadas dq0p. 20
- Ecuación 8. Tensiones en Coordenadas dq0 para un Generador Síncronop. 21
- Ecuación 9. Ecuación Mecánica aplicada a un cuerpo que rotap. 21
- Ecuación 10. Ecuación de Oscilación en Base a su Momento de Inerciap. 22
- Ecuación 11. Constante de Inerciap. 23
- Ecuación 12. Ecuación de Oscilación en P.Up. 23
- Ecuación 13. Ecuación de potencia para un sistema eléctricop. 36
- Ecuación 14. Función de Transferencia para la Excitatriz de un Generador Síncronop. 43
- Ecuación 15. Condensador para un Filtro LCLp. 49
- Ecuación 16. Inductancias para un Filtro LCLp. 49
- Ecuación 17. Resistencia de Amortiguamiento de un Filtro LCLp. 50
- Ecuación 18. Impedancia Síncrona Virtualp. 54
- Ecuación 19. Potencia Activa Entregada por un VSGp. 55
- Ecuación 20. Ecuación de Oscilación para un VSGp. 56
- Ecuación 21. Inercia Total de un Sistema con Maquinas Rotativas y VSG'sp. 57
- Tabla 1. Variables de la Máquina Síncrona empleada en el Software Matlab Simulinkp. 24
- Tabla 2. Valores Nominales e Impedancias del Sistema Empleado Para la Simulación dq0p. 26
- Tabla 3. Consideraciones para el Análisis de Estabilidad Transitoriap. 33
- Tabla 4. Variables de Entrada y Salida del Gobernadorp. 41
- Tabla 5. Variables de Entrada y Salida para el AVRp. 44
- Tabla 6. Datos para Convertidor DC/AC Empleadop. 47
- Tabla 7. Parámetros Para el VSGp. 60
- Tabla 8. Resultados Obtenidosp. 65