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Estabilidad de frecuencia
La estabilidad de frecuencia es
relativa a la habilidad de un sistema de potencia en mantener una frecuencia
estacionaria dentro de un rango nominal siguiendo un trastorno del sistema
severo resultando un desequilibrio significativo entre generación y carga.
Depende de la capacidad para restaurar el equilibrio entre la generación del
sistema y carga, con pérdida mínima y carga.
En el curso de una inestabilidad
de frecuencia, los tiempos característicos de los procesos y dispositivos que
se activan por grandes cambios en la frecuencia y otras variables del sistema
tendrán un rango que variará de segundos a varios minutos.
Comentarios en clasificación
La clasificación de la
estabilidad se ha basado en varias consideraciones que la hacen conveniente
para la identificación de causas de inestabilidad, la aplicación de
herramientas de análisis convenientes, y el desarrollo de medidas correctivas
apropiadas para un problema específico de estabilidad. Hay claramente algún
solapamiento entre las varias formas de inestabilidad, ya que cuando el sistema
falla, más de una forma de inestabilidad puede en último término emerger. Sin
embargo, un evento del sistema se clasificará basándonos principalmente en el
fenómeno de la iniciación dominante, separado en aquellos relacionados
principalmente con el voltaje, ángulo del rotor, o frecuencia.
Si bien la clasificación de la
estabilidad del sistema de potencia es un método efectivo y conveniente de
tratar con las complejidades del problema, la estabilidad total del sistema
debe siempre mantenerse en mente.
Consideraciones de estabilidad en el diseño y operación del sistema
Ya que los sistemas de potencia
eléctrica deben quedar intactos son capaces de resistir una amplia variedad de
perturbaciones. Debido a las limitaciones técnicas y económicas, ningún sistema
de potencia puede ser estable para todas las perturbaciones o contingencias
posibles. En la práctica, los sistemas de potencia están diseñados para ser
operados de forma que sean estables para una lista seleccionada de
contingencias, normalmente referidas como “contingencias de diseño”.
La experiencia dicta su
selección. Las contingencias se seleccionan sobre la base de que tienen una
probabilidad significativa de ocurrencia y suficiente alto grado de severidad,
dado el gran número de elementos que comprenden el sistema de potencia. El
propósito total es golpear un equilibrio entre costes y beneficios de alcanzar
un nivel seleccionado de seguridad del sistema.
Estabilidad transitoria
Como hemos discutido
anteriormente la estabilidad de los sistemas de potencia se ha reconocido desde
hace muchos años. Las antiguas centrales alimentaban centros de cargas situados
a largas distancias. Estos primeros problemas de estabilidad, a menudo son un
resultado de par de sincronización insuficiente, a menudo un resultado de
insuficiente par de sincronización, fueron la primera emergencia de
inestabilidad transitoria. Como se define en las secciones previas, la
estabilidad transitoria es la capacidad de un sistema de potencia de quedar en
sincronismo cuando están sujetos a grandes perturbaciones transitorias. Estas
perturbaciones pueden incluir fallos en los elementos de transmisión, pérdida
de carga, pérdida de generación, o pérdida de componentes del sistema tales
como transformadores o líneas de transmisión.
Aunque han emergido formas muy
diferentes de estabilidad del sistema de potencia, la estabilidad transitoria todavía
queda en lo básico. Si bien es verdad que la operación de muchos sistemas de
potencia está limitada por fenómenos tales como la estabilidad del voltaje o
estabilidad de pequeñas señales, la mayoría de los sistemas son propensos a
inestabilidad transitoria bajo ciertas condiciones o contingencias y de aquí la
compresión y análisis de la estabilidad transitoria queda como un asunto
fundamental. Asimismo, veremos posteriormente que la inestabilidad transitoria
puede ocurrir en un marco de tiempo corto (unos pocos segundos), sin dejar
tiempo a la intervención del operador para mitigar los problemas. Es por lo
tanto esencial tratar con el problema en la etapa de diseño.
Teoría básica de estabilidad transitoria
La mayoría de los ingenieros
están familiarizados con gráficas que muestran el ángulo del rotor (δ) del
generador respecto al tiempo. Con un ejemplo de este diagrama abrimos este
artículo. Estas curvas de oscilación trazadas por un generador sujeto a una
perturbación del sistema particular muestran si el ángulo del rotor del
generador se recobra y oscila alrededor de un nuevo punto de equilibrio como en
traza “a” o si se incrementa aperiódicamente tal como la traza “b”. El primer
caso se considera estable transitorio, y el último caso inestable transitorio.
¿Qué factores determinan si la máquina es estable o inestable? ¿Cómo puede la
estabilidad de los grandes sistemas de potencia ser analizada?
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