Estabilidad y dinámica de los sistemas de potencia (3ª PARTE)

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Estabilidad del voltaje

La estabilidad del voltaje está relacionada con la capacidad del sistema de potencia para mantener voltajes firmes en todos los buses del sistema bajo condiciones de operación normal, y después de ser sometidas a perturbación. La inestabilidad que puede resultar ocurre en la forma de una caída o elevación progresiva del voltaje de algunos buses. El resultado posible de la inestabilidad del voltaje es la pérdida de carga en el área donde el voltaje alcanza valores bajos inaceptables, o una pérdida de integridad de los sistemas de potencia.

La caída progresiva en los buses de voltaje puede también ser asociada con los ángulos del rotor que están fuera de paso. Por ejemplo, la pérdida gradual de sincronismo de las máquinas como los ángulos del rotor entre dos grupos de máquinas para aproximarse o exceder 180 ºC resultarían voltajes muy bajos en puntos intermedios en la red cerca del centro eléctrico. En contraste, el tipo de caída sostenida de voltaje que está relacionada con la inestabilidad del voltaje ocurre donde la estabilidad del ángulo del rotor no es un problema.

El factor principal contribuyendo a la inestabilidad del voltaje es usualmente la caída de voltaje que ocurre cuando el flujo de potencia activa y reactiva a través de reactancias inductivas asociadas con la red de transmisión; esto limita la capacidad de la red de transmisión para la transferencia de potencia. El límite de transferencia de potencia es más limitado cuando algunos generadores golpean sus límites de capacidad de potencia reactiva. La fuerza de impulsión que genera la inestabilidad de voltaje son las cargas; en respuesta a una perturbación, la potencia consumida por las cargas tienden a ser restaurada por la acción de los reguladores de voltaje de distribución, transformadores de cambio de toma, y termostatos. Las cargas restauradas incrementan la tensión en la red de alto voltaje causando más reducción de voltaje. Una situación de deterioro causando la inestabilidad de voltaje ocurre cuando las dinámicas de carga intentan restaurar el consumo de potencia más allá de la capacidad del sistema de transmisión y la generación conectada.

Como en el caso de estabilidad del ángulo del rotor, es útil clasificar la estabilidad del voltaje en las siguientes categorías:

1. La estabilidad del voltaje de grandes perturbaciones está relacionada con una capacidad del sistema para controlar los voltajes siguiendo grandes perturbaciones tales como fallos del sistema, pérdida de generación, o contingencias del circuito. Esta capacidad está determinada por las características de carga del sistema y las interacciones de protecciones y controles tanto continuos como discretos. La determinación de una estabilidad de perturbación grande requiere el examen de rendimiento dinámico no lineal de un sistema sobre un sistema de tiempo suficiente para capturar las interacciones de dispositivos tales como cambiadores de las tomas de un transformador de baja carga y limitadores de corriente de campo del generador. El periodo de estudio de interés puede extenderse de unos pocos segundos a decenas de minutos. Por lo tanto, para el requieren simulaciones dinámicas a largo plazo.
2. La estabilidad de voltaje ante pequeñas perturbaciones está relacionada con la capacidad del sistema para controlar los voltajes siguiendo pequeñas perturbaciones tales como los cambios incrementales en la carga del sistema. Esta forma de estabilidad está determinada por las características de cargas, controles continuos y controles discretos en un instante de tiempo dado. Este concepto es útil en la determinación, en cualquier instante, de cómo el voltaje del sistema responderá a pequeños cambios del sistema. Los procesos básicos contribuyendo a la inestabilidad de voltaje de pequeña perturbación son esencialmente de naturaleza de estado estacionario. Por lo tanto, el análisis estático puede usarse de forma efectiva para determinar los márgenes de estabilidad, identificar factores que influyen en la estabilidad, y examinan un amplio rango de condiciones del sistema y un gran número de escenarios de postcontingencia. Un criterio para la estabilidad de voltaje de pequeña perturbación es que, en una condición de operación dada para cada bus en el sistema, la magnitud del voltaje del bus se incrementa cuando la inyección de potencia reactiva se incrementa en el mismo bus. Un sistema es inestable de voltaje si, para al menos un bus en el sistema, la magnitud del voltaje del bus (V) decrece con la inyección de potencia reactiva (Q) en el mismo bus se incrementa. En otras palabras, un sistema es estable de voltaje si la sensibilidad de V – Q es positiva para cada bus e inestable si la sensibilidad V – Q es negativa para al menos un bus.

El marco de tiempo de interés para los problemas de estabilidad de voltaje puede variar desde unos pocos segundos a decenas de minutos. Por lo tanto, la estabilidad de voltaje puede ser un fenómeno a corto plazo o largo plazo.

La inestabilidad de voltaje no siempre ocurre en su forma pura. A menudo, la inestabilidad del ángulo del rotor y la inestabilidad de voltaje van mano con mano. Una puede llevar a otra, y la distinción puede no estar clara. Sin embargo, distinguir entre la estabilidad del ángulo y la estabilidad del voltaje es importante para comprender las causas fundamentales de los problemas en orden de desarrollar los procedimientos de operación y diseño apropiado.

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