CONTROL Y OPERACIÓN DEL SISTEMA

El objetivo de los sitemas de control , es conseguir en cada instante la potencia demandada de la manera mas económica y fiable posible, manteniendo la tensión y la frecuencia dentro de unos limites preestablecidos.

1)Estructura de control:

Lo mas importante es mantener la continuidad del suministro después de mantener la frecuencia y valor eficaz de la tensión dentro de unos márgenes y finalmente la consecución de una forma senoidal.

Las variables f y V inciden en el control de los flujos de potencia activa y reactiva en las líneas y por lo tanto están relacionadas directamente con el adecuado funcionamiento del sistema.

El control de f y V se han planteado de forma desacoplada es decir hay un control de (P-f) y otro de (Q-V).

Nivel primario:

A

nivel local control P-f tiene tiempo de respuesta de 2 a 20 seg pero en el control Q-V tiempos menores a 1 seg.

Nivel Segundario:

A nivel zonal control P-f  de 20seg a 20 min y Q-V de algunos segundos.

Nivel Terciario:

A nivel global común para los controles de Pf y QV .Este nivel determina los valores de consigna para los otros niveles y consigna.

Centro de control:

es un lugar donde se encuentran ubicados computadores encargados de generar una señal de control terciario.

Técnicas de estimación de datos:

combinan los datos telemedidos con modelos del sistema para generar una mejor estimación y este conjunto de sistemas se le conoce como SCADA .

2) Control de tensiones:

su objetivo es el mantenimiento del valor eficaz de las tensiones de los nudos de la red dentro de determinados limite.

El control de Q y V se pueden hacer por medio de:

Generador síncrono, Compensador síncrono, baterías de condensadores y/o reactancias, SVC son mas sofisticados ya que permiten una regulación continua, Transformadores de regulación tienen varias derivaciones, estos regulan la tensión permitiendo modificar los flujos de potencia reactiva.

Control Primario:

es realizado por el generador síncrono por los transformadores con tomas de regulación con el objeto de mantener una consigna de tensión en un nudo determinado del sistema.

El objetivo de este control será mantener el valor de la tensión dentro de una margen frente a las variaciones de la potencia demandada.

CAT (Control automático de la tensión):

tiene como objetivo mantener la tensión en los terminales del generador y/o controlar la Q generada por la máquina.

Control Segundario:

es el encargado de mantener las consignas de tensión de determinados nudos de la red por medio de taps.

Control Terciario:

la señal sale del centro de control para la regulación de tensión en un tap o gradin de un transformador de manera automática.

3) Control de Frecuencia:

el control de generación se basa en el mantenimiento de la frecuencia relacionada con la potencia activa.Los generadores están girando en sincronismo y juntos generan potencia, en los grupos turbina generador la masa inercial del rotor adquiere una energía cinética la cual depende de la velocidad del generador, un desequilibrio en el balance de potencia activa se traucira en una desviación de velocidad y en consecuencia de la frecuencia.

Objetivos y Estructura de control:

debido al cambio continuo de las cargas es necesario ajustar la generación de manera automática.

Sistema con un generador:

el objetivo de control será mantener la velocidad del grupo turbina generador, repartiendo la variación de demanda en partes iguales para todos, teniendo en cuenta el despacho económico.

Control automático de generación (CAG):

tiene por objetivos: Mantener la frecuencia dentro de un margen alrededor de su valor nominal, Mantener las potencias activas generadas por cada unidad en su valor más económico, Mantener el valor correcto de intercambio de potencias con otras áreas.

Primer lazo:

el regulador de la turbina ajusta la posición de la válvula de vapor para controlar la potencia mecánica de la misma.

Segundo Lazo:

desde un centro de control envía señales de elevación para mantener la frecuencia en su valor nominal y el flujo de potencia en las líneas de enlace.

Tercer lazo:

 es el mas lento actúa sobre la Pref para mantener la frecuencia desde un centro de control y ajustar la potencia a generar con criterio de optimización económica.

Control Primario:

es el que realiza en cada unidad de generación el regulador de velocidad de la turbina esta regulación requiere de un mecanismo llamado mecanismo centrifugo de watt como sensor de velocidad y los modernos reguladores utilizan dispositivos electrónicos y mecanbismos hidráulicos.

Regulador de Velocidad Astático:

este mecanismo proporciona un control tipo proporcional integral, si se da un aumento brusco en la carga la  velocidad disminuirá, y este mecanismo abrirá la válvula de vapor produciendo así un aumento de la Pmec y en consecuencia el aumento de Pelct así como el aumento de la velocidad y su carcteristica velocidad potencia estará en un régimen permanente .

Regulador de velocidad de estatismo positivo:

Un aumento en de la Potencia corresponde a una disminución de f y viceversa, no tiene aplicación si existen dos o mas generadores conectados a la misma red ya que cada uno de ellos tendría su propia velocidad angular y esto provocaría un control inestable. Con este tipo de regulador se consigue que con la variación de la potencia demandada se reparta la variación entre los generadores. Si están conectadas por líneas de bajas impedancias dando lugar a una variación de f como para cada uno de ellos.

Control Segundario:

ante una variación de carga solo con la actuación del regulador de la turbina existe un error de frecuencia en régimen permanente, por tanto hay que disponer de un lazo de control segundario para reestablecer la frecuencia a su valor nominal la cual se consigue mediante el ajuste de la consigna de potencia de cada unidad.

Para que actúe la regulación segundaría se tiene un mecanismo que calcula el ECA donde el centro de control envía una señal a las áreas de tal manera que hace que en un área se eleve la potencia y en la otra se baje dependiendo donde ocurre la perturbación.

Control Terciario:

 es el encargado de establecer la consigna de producción base de potencia activa en cada uno de los generadores y es ejecutado por un operador desde un centro de control.

Despacho económico:

para su existencia es necesario conocer cada generador, transformador con el fin de que la energía sea lo más económico posible es decir minimizar el coste total de generación.

4) Flujo óptimo de potencia: Permite la optimización de diversas variables sujetas a múltiples restricciones, un flujo óptimo de cargas permite resolver la ecuación del sistema eléctrico y obtener los valores de determinadas variables de control que optimizan un objetivo concreto, cuantificado este en forma de una función escalar de las variables del problema. El principal objetivo de un OPF es optimizar las condiciones de operación en estado estacionario de un sistema eléctrico de potencia. Un OPF ajusta las cantidades controlables para optimizar una función objetivo mientras satisface un conjunto de restricciones operativas.

Funciones objetivos:

La función objetivo representa el criterio (o índice de desempeño) usado para optimizar. La  selección de la función objetivo obedece a un análisis cuidadoso de la seguridad y economía del  sistema eléctrico de potencia. Algunas de las funciones objetivo empleadas en un estudio de OPF  son:Minimización de los costos por generación de potencia activa, Minimización de pérdidas de potencia activa, Minimización del cambio en las variables de control, Minimización de la potencia no servida, etc.

Técnicas de optimización:

Programación lineal, Versiones híbridas de programación lineal y programación entera, Métodos de punto interior, Programación no lineal, Programación cuadrática, Soluciones basadas en condiciones de Newton.

Formulación general:

La formulación matemática del OPF se enfoca en minimizar el costo de generación de potencia activa por un ajuste adecuado de las variables de control.

Flujo de potencia:

como resultado de su estudio se obtiene, la tensión y el ángulo en cada barra del sistema.

Flujo de potencia optimo:

se hará un estudio de para optimizar el despacho económico para ello será necesario el planteamiento de las funciones objetivo y es muy importante ya que permite reducir las perdidas en la red por medio de métodos convencionales y no convencionales (métodos euristicos): algoritmo genético, colonia de hormigas, lógica difusa, programación evolutiva en pocas palabras utilizan herramientas más potentes.