Laboratorio de Introducción a S.E.P.
Práctica Nº 3
Control de Voltaje mediante Transformador con Taps
Mediante el programa de simulación de sistemas eléctricos de potencia, Power Factory de DIgSILENT, realizar el control de voltaje en una barra de un sistema de potencia mediante la variación del tap del transformador. transformador. El sistema consiste de un generador equivalente que alimenta una carga, a través de un transformador de dos devanados con intercambiador de taps y una línea de transmisión de doble circuito.
Consultar la metodología para el cambio de valores reales a valores en por unidad para sistemas eléctricos de potencia: generadores, transformadores, líneas de transmisión y cargas.
Calcular los parámetros del problema propuesto en p.u., en base de los voltajes nominales del circuito y 100 MVA de potencia base. Esquematizar en un diagrama unifilar y proceder a su simulación con el paquete propuesto. Obtener los resultados de flujos en los elementos y voltajes en módulo y ángulo en las diferentes barras.
Un generador de 13,8 kV de voltaje nominal alimenta una carga a través de una línea de 230 kV y dos transformadores, conforme se indica en la figura 1. Los datos necesarios para el control de voltaje de una barra de un sistema de potencia mediante la variación del tap del transformador son los siguientes: 1
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Nº 1 2 3 4
Ubicación Barra 1
Voltaje [pu] 1,02
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Datos de Barras Voltaje [kV] ngulo [o] 13,8 0 230 0 230 0 69 0
Carga [MW]
fp carga
100
0,8 (-)
Datos Nominales del Generador Capacidad Voltaje [kV] fp Xd [p.u.] [MVA] 13,8 kV 10.000 0,9 0,019044
Xq [p.u.]
0,01
Datos de la Línea de Transmisión Desde
Hasta
Nº Circuitos Zs [Ω/km]
Barra 2
Barra 3
Desde Barra 1 Barra 3
Datos de los Transformadores Hasta S [MVA] X [%] Barra 2 200 10 Barra 4 200 10
2
0,1+j0,5
8,2
Longitud [km] 150
Tap HV ±5% ---
Tap LV --± 10 %
C [nF/km]
La carga se puede modelar como de potencia constante. El transformador 1 tiene tap en el lado de alto voltaje de ± 5 % con pasos de 2,5 % y el transformador 2 tiene tap en el lado de bajo voltaje de ± 10 % con pasos de 0,625 %. Ajustar el tap del transformador t 2 de modo que el voltaje en la carga sea lo más próximo posible a 1 pu.
Sistema Eléctrico de Potencia Propuesto
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5.1
Presente los cálculos de los parámetros del sistema en p.u., para los diferentes componentes.
5.2
Deduzca el modelo ∏ de un transformador con intercambiador de taps y aplique dicho modelo a los transformadores del ejemplo analizado.
5.3
Calcule manualmente el valor del tap t 2: plantear un voltaje 1,0<θ en la barra 4 y utilizar el modelo ∏ del transformador. Compare los resultados con los obtenidos por medio de la simulación digital: voltajes de nodos (módulos y ángulos), flujos y pérdidas por las líneas y transformadores (en p.u. y en magnitudes reales).
5.4
Presente sus comentarios y sus conclusiones.
OLLE, Elgerd, “Electric Energy Systems Introduction”, Editorial McGraw-Hill Inc., chap 7.
Theory:
An
GRAINGER, Jhon. STEVENSON, William, “Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia”, Editorial McGraw -Hill Inc., México 1996.
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En el presente anexo se muestra la forma de ingresar los elementos del sistema y sus parámetros para correr flujos de potencia en el Power Factory. Para acceder al software primeramente se crea un usuraio. Desde el
se crea un
En este caso se va a crear una elementos del sistema.
.
en donde se modelará los
Automáticamente aparecerá en el escritorio del programa la y la barra de en donde se encuentran los distintos elementos para añadir al sistema.
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En la barra de Herramientas se encuentran los íconos de los elementos de un sistema eléctrico de potencia para arrastrarlos hacia la Ventana de Gráficas y editarlos desde ahí. De esta manera, primeramente se arma el sistema sin ingresar ningún tipo de datos.
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Cabe mencionar que para la conexión de los elementos simplemente se debe manejar el mouse adecuadamente. Preferiblemente se debe insertar primero las barras. Para editar los parámetros del generador equivalente, se debe hacer doble clic sobre el elemento y se visualizará el siguiente cuadro de diálogo.
Para crear en la base de datos la unidad de generación se debe dar clic en la opción y luego escoger , entonces se abrirá otro cuadro de diálogo en donde se deberá hacer clic en el icono . En el cuadro de diálogo de se debe introducir un para el tipo, , y . Para el caso de esta práctica se tiene: Nombre: Potencia Aparente Nominal: Factor de Potencia: Conexión:
Generador equivalente 10000 MVA 0,9 YN
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En la pestaña del cuadro de diálogo se deben introducir los parámetros eléctricos del generador. Para el caso de esta práctica: Xd: Xq: X0: X2:
0,019044 0,01 0,005 0,01
pu pu pu pu
Ingresados estos datos se debe aceptar hasta volver al cuadro de diálogo de . En este cuadro se debe acceder a la pestaña para fijar a la unidad como máquina de referencia, para esto se debe seleccionar la opción y el modo de control por , entonces se visualiza que el Tipo de Nodo en la que se encuentra la máquina se transforma en una barra slack ( : oscilante). En las opciones se debe ingresar la que opera el generador, para este caso: Voltaje: Ángulo:
1,02 pu 0º 8
al
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Con los pasos anteriores se han ingresado los datos del generador. 9
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Para el ingreso de los parámetros de las barras se debe dar doble clic sobre la barra y se tendrá el cuadro de diálogo siguiente.
En el cuadro de diálogo datos: Nombre: Voltaje Nominal:
se deben ingresar los siguientes Cualquier nombre 13,8 kV
El paso anterior se hace para cada una de las barras del sistema. Para el ingreso de datos de los transformadores se debe dar doble clic sobre el elemento y se tiene el cuadro de diálogo . En este cuadro de diálogo se ingresa el Nombre del transformador y luego se escoge la opción , para crear un transformador con los parámetros dados en la práctica. En el cuadro de diálogo se debe ingresar los siguientes parámetros: Nombre: Tecnología: Potencia Nominal: Frecuencia: Lado de alta (HV): Lado de baja (LV):
T 13,8/230kV 200MVA Transformador trifásico 200 MVA 60 Hz 230 kV 13,8 kV 10
Laboratorio de Introducción a S.E.P. Impedancia de Secuencia Positiva:
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Laboratorio de Introducción a S.E.P. En la pestaña como sigue:
Práctica Nº 3
se debe editar el Tap del transformador
Para el transformador en la barra de generación: En el lado: Tensión Adicional por Tap: Desfase: Posición nominal: Posición mínima: Posición máxima:
HV 2,5 % 0 3 1 5
Para el transformador en la barra de carga: En el lado: Tensión Adicional por Tap: Desfase: Posición nominal: Posición mínima: Posición máxima:
LV 0,625 % 0 17 1 33
Luego de esto se acepta todas las ventanas para dejar listo el transformador para el flujo de potencia. Si al aceptar el cuadro de diálogo se visualiza un error que indica que el lado de alto voltaje es menor que el lado de bajo voltaje se debe dar clic sobre el botón para cambiar los lados de transformación.
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Para el transformador 2 se deben seguir los mismos pasos tomando en cuenta los niveles de voltaje. Para el ingreso de los parámetros de las líneas de transmisión se debe dar doble clic sobre el elemento y se tiene el cuadro de diálogo . En este cuadro de diálogo se debe ingresar lo siguiente: Nombre: Longitud: Medio:
Cualquier nombre 150 km Aire
Luego se debe seleccionar , , y se abre el cuadro de diálogo para crear un nuevo tipo de línea. En el cuadro de diálogo Nombre: Tensión Nominal: Corriente Nominal: Frecuencia Nominal: Cable/Aéreo: Tipo de Sistema:
se debe ingresar lo siguiente: Línea 230 kV 230 kV 1 kA 60 Hz Línea Aérea AC 13
Laboratorio de Introducción a S.E.P. Fases: No. de Neutros:
3 0
Resistencia R’: Reactancia X’:
0,1 Ω/km 0,5 Ω/km
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Además en la pestaña Flujo de Carga se debe introducir el siguinte dato: Susceptancia B’:
3,09133 μƱ/km
Luego de esto se acepta todas las ventanas para dejar lista la línea para el flujo de potencia. Para el segundo circuito de la línea hay dos opciones de insertar los datos. Como los circuitos dobles tienen las mismas características físicas y eléctricas, entonces cuando se estaba creando el primer circuito se tenía en el cuadro de diálogo la opción en esta parte se debía haber señalado 2 líneas en paralelo. Para el caso de esta práctica se va a optar por otro método que consiste en copiar los parámetros de la línea creada anteriormente. Se da doble clic en la línea se introduce el , y y en la opción , , se escoge el tipo de línea creada y se acepta para tener ingresados los datos de la nueva línea. Para ingresar los parámetros de la carga se da doble clic sobre el elemento y se procede a crear un . Para ingresar los valores de carga en el cuadro de diálogo se escoge la pestaña y se introduce los siguientes datos: Modo de entrada: Balanceado/Desbalanceado: Potencia activa Total: Factor de Potencia:
P, cos(phi) Balanceado 100 MW 0,8 inductivo
Con esto se tienen ingresados todos los datos necesarios para correr el flujo de potencia del sistema. Para verificar los datos ingresados y la topología del sistema se debe dar clic sobre el icono y en la debe salir un reporte que indique el estado de los datos y conexiones del sistema.
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:
icono Verificar Datos
:
icono Calcular Flujo de Carga
:
icono Mostrar Capas
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Con el icono Calcular Flujo de Carga se visualiza el siguiente cuadro de diálogo.
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Por el momento simplemente se ejecutará un flujo de potencia balanceado, entonces se presiona . Si en la no hay errores y se visualiza el número de iteraciones que tomó el programa para calcular el flujo de potencia los resultados se podrán visualizar en las cajas de resultados que se encuentran adyacentes a los elementos. Para cambiar la posición de los taps de los transformadores se debe dar clic derecho sobre el transformador y seleccionar ó . Para mostrar gráficamente los taps del transformador se da clic en el icono y se da doble clic sobre para que estos se hagan visibles en la gráfica.
Para mayor información de la ejecución de flujos de potencia revisar la del programa.
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