Ultracapacitor based supplementary excitation module for the improvement of synchronous generator transient stability

Resumo

La estabilidad transitoria es la capacidad de los sistemas eléctricos de potencia de retornar a un punto estable después de una gran perturbación que provoca excursiones significativas del ángulo de carga de los generadores. Esta tesis se centra en la mejora de la estabilidad transitoria de generadores síncronos excitados mediante excitaciones estáticas alimentadas de barras de generación mediante Elevadores de Excitación (EE) basados en ultracondensadores. La tecnología de EE constituye una solución a los requisitos de huecos de tensión de los códigos de red. Los códigos de red formalizan las obligaciones de cada agente en sistemas eléctricos de potencia liberalizados. Estos desarrollaron los requisitos de huecos de tensión para abordar la estabilidad transitoria. La combinación de huecos de tensión severos y puntos de operación extremadamente capacitivos desafían la capacidad de los generadores de mantener sincronismo. Estos requisitos son particularmente severos para aquellos generadores equipados con excitaciones estáticas alimentadas de barras de generación. Los EE permiten superar las limitaciones de estos sistemas de excitación y permitirles cumplir los requisitos de huecos de tensión. El EE es estudiado usando la aproximación de máquina frente a red infinita demandada por los códigos de red. Se ha propuesto un EE coherente con las teorías clásicas de estabilidad transitoria. Se ha construido un banco de ensayos de prototipado rápido basado en Dspace para validar los modelos de simulación con medidas experimentales y para demostrar la viabilidad del concepto de EE. Asimismo se ha propuesto una novedosa metodología de dimensionamiento del EE combinando requisitos de huecos de tensión de códigos de red, límites técnicos de generadores síncronos, características de ultracondensadores y estudios de sensibilidad. El EE se controla en un modelo de máquina frente a red infinita mediante un control todo o nada que utiliza la tensión en bornes del generador, una señal disponible localmente, como entrada. Este esquema de control permite mejorar la estabilidad transitoria de un generador síncrono tras una falta cercana al mismo tanto en un sistema de máquina frente a red infinita como en uno multimáquina. Sin embargo, el control discreto empeora la estabilidad en algunos casos en los que la falta es remota. Este resultado demuestra que la estabilidad transitoria es un problema global que necesita soluciones globales. Para superar ese inconveniente se ha propuesto un controlador basado en medidas globales utilizando la teoría de estabilidad de Lyapunov. Este control está basado en medidas globales adquiridas por sincrofasores, tecnología desplegada recientemente en los sistemas eléctricos de potencia de potencia. Las leyes de control están basadas en el concepto de centro de inercia y en el de rutas interáreas dominantes que permiten modular la tensión del EE de cada generador del sistema. Este concepto ha sido demostrado a través de medidas experimentales en una plataforma OPAL-RT de simulación en tiempo real con hardware en el lazo.