DETERMINACIÓN DEL ESQUEMA DE ALIVIO DE CARGA POR BAJA FRECUENCIA DEL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO - Ecuador

DETERMINACIÓN DEL ESQUEMA DE ALIVIO DE CARGA POR BAJA FRECUENCIA DEL S.N.I. PERÍODO ABRIL 2014 - SEPTIEMBRE 2014 Inf!"# P!#$%"%n&!

DETERMINACIÓN DEL ESQUEMA DE ALIVIO DE CARGA POR BAJA FRECUENCIA DEL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO P#!'( A)!%$ 2014 * S#+,%#")!# 2014

INFORME PRELIMINAR

10 (# "&! 2014


CONTENIDO 1.

RESUMEN EJECUTIVO..................................................................................................................

2.

OBJETIVOS.....................................................................................................................................4

.

AN/LISIS ESTADÍSTICO DE EVENTOS REALES CON ACTUACIÓN DEL EAC - BF................

4.

CONSIDERACIONES GENERALES...............................................................................................

.

PROTECCIÓN POR BAJA FRECUENCIA DE GENERADORES................................................12

.

METODOLOGÍA DE AN/LISIS.....................................................................................................1

.

RESULTADOS...............................................................................................................................1

3.

CONCLUSIONES  RECOMENDACIONES.................................................................................14

5.

BIBLIOGRAFIA.............................................................................................................................1


1. RESUMEN EJECUTIVO El desbalance entre la carga y la generación, ocasionado por disturbios en el sistema eléctrico, tales como la pérdida de generación, carga y/o por fallas en la red de transmisión, se ve representado por la variación de la frecuencia del sistema, la misma que, al tratarse de disturbios menores, es corregida a través de la participación de los reguladores de velocidad de las unidades de generación. Ante fallas que involucran grandes pérdidas de generación y/o la apertura de enlaces internacionales, cuyo aporte al sistema eléctrico corresponde a un porcentaje importante del total de la generación del Sistema, la frecuencia disminuye rápidamente y alcana valores que ponen en riesgo la operación y disminuyen la vida !til de los equipos eléctricos" al no ser suficientes las reservas para regulación primaria de frecuencia, es necesaria la implantación de esquemas automáticos de descone#ión de carga por baja frecuencia. $a descone#ión de las cargas está activada normalmente por relés de baja frecuencia que desconectan escalones de carga en las subestaciones seg!n se alcanan umbrales de actuación. En un sistema eléctrico los eventos pueden ocurrir bajo diferentes escenarios de operación %de generación y demanda&, y, con la finalidad de preservar 'asta donde sea posible la seguridad del sistema, previniéndole del colapso parcial o total durante situaciones de contingencia, ().*ara frecuencias inferiores a +,+ - se debe implementar un esquema de alivio de carga 01, que permita mantener la frecuencia dentro de valores operativos, evitando en lo posible la sobrefrecuencia. 2n esquema ideal de descone#ión de carga por baja frecuencia seccionar3a !nicamente la fracción de carga que no puede ser cubierta con la reserva rodante, objetivo dif3cil de lograr, considerando que los alimentadores seleccionados para participar en el EA4 5 67 son los mismos para diferentes escenarios de operación, por lo que en el dise8o de estos esquemas se prioria la seguridad frente a la eficiencia, y por lo tanto el esquema automático de descone#ión por baja frecuencia debe desconectar la carga necesaria para asegurar la estabilidad del sistema después de la pérdida de generación para todos los escenarios de operación. *ara determinar el EA4 5 67 para el sistema eléctrico ecuatoriano, se parte de la evaluación de la operación del sistema ante la pérdida de generación y/o la apertura de los cuatro circuitos de la l3nea de transmisión 9amondino : *omasqui ;<= >?, como eventos probables. 4on la finalidad de preservar la seguridad del sistema ante eventos de pérdida de generación de gran magnitud, eventos poco probables pero posibles, se analia la pérdida de generación en cascada. El estudio se realia para los tres per3odos de demanda, de un d3a laborable, con diferentes condiciones en el intercambio de potencia entre Ecuador y 4olombia. $os análisis se efect!an mediante simulaciones de la operación en estado transitorio del Sistema @acional nterconectado, con la topolog3a del Sistema @acional de Bransmisión previsto para el per3odo de análisis, la operación de los cuatro circuitos de la $/B 9amondino : *omasqui ;<= >?, y condiciones de alta 'idrolog3a en las cadenas Caar : *aute y Agoyán : San 7rancisco" la finalidad es, determinar un Esquema de Alivio de 4arga por 6aja 7recuencia EA4 5 67 para el sistema eléctrico ecuatoriano, que sea capa de recuperar la frecuencia a su valor nominal, o al menos superior al umbral del primer paso %+,0 -&, D1, ;1, 01, ()Se debe optimiar la cantidad de carga a desconectar en eventos, evitando al máximo la sobrefrecuencia , es decir, frecuencias superiores a = - después de


ocurrido un evento)01, ante la apertura del enlace y/o la pérdida de generación %del sistema eléctrico ecuatoriano o del sistema eléctrico colombiano&, de tal forma de preservar la vida !til de las unidades de generación. *ara el análisis se consideran, a través de los cuatro circuitos de la l3nea de transmisión 9amondino : *omasqui ;<= >?, escenarios de importación de" = CF en demanda m3nima, = CF en demanda media y D++ CF en demanda má#ima y un escenario de e#portación de D0= CF en demanda m3nima por tratarse de un caso de alta 'idrolog3a. $as importaciones cumplen con la función de precautelar la seguridad de la ona norte del Ecuador. Ge los resultados de los análisis realiados para el semestre Abril 5 Septiembre ;=D0, se recomienda implantar el siguiente esquema de descone#ión automáticaH T&)$& 1. EA4 : 67 para el S.@.. per3odo Abril : Septiembre ;=D0 Biempo de actuación I temporiación del relé J tiempo de apertura de interruptor Gescone#ión de carga %K&H porcentaje con relación a la carga total

ESQUEMA DE ALIVIO DE CARGA POR BAJA FRECUENCIA DISE6ADO P!7#n,&8#9 (# D#97n#:%;n (# C&!<& P&9

7recuencia %-&

Biempos de actuación %ciclos&

Gescone#ión de carga %K&

Gescone#ión acumulada de carga %K&

1

+.0

D;

K

K

2

+.;

D;

K

D;K



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D;

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4

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

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D;

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

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D;

LK

0=K



+M.+

D;

LK

0LK

4on relación al esquema vigente, del per3odo Nctubre ;=D< : Caro ;=D0, se presentan cambios porcentuales en los pasos de descone#ión. Se mantiene el !ltimo paso de EA4 5 67 en +M,+ -, con una descone#ión acumulada del 0LK, con la finalidad de minimiar el tiempo en que la frecuencia permanece por debajo de valores de +M,+ - y as3 evitar la pérdida de vida !til de las plantas térmicas. Adicionalmente, se considera una región cr3tica de operación, entre +M y + -, para las bombas de alimentación de las calderas de las unidades de vapor. El dise8o de los porcentajes de descone#ión de carga por baja frecuencia, se lo 'a realiado con la finalidad de evitar en lo posible descone#iones innecesarias, y por lo tanto sobrefrecuencias en el sistema eléctrico y proteger la vida !til de las plantas térmicas del S.@..

2. OBJETIVOS Evaluar, analiar y dise8ar el Esquema de Alivio de 4arga por 6aja 7recuencia en el Sistema @acional nterconectado 5 S.@.., para el per3odo Abril : Septiembre ;=D0, considerando lo establecido en la Oegulación @o. 4N@E$E4 ==/==5 *rocedimientos de Gespac'o y Nperación, ante contingencias probables y de


mayor severidad en cuanto a pérdida de generación, particularmente aquellas asociadas a la apertura de los cuatro circuitos de la l3nea de transmisión 9amondino : *omasqui ;<= >?, as3 como pérdidas adicionales de generación en el sistema eléctrico ecuatoriano.

. AN/LISIS ESTADÍSTICO DE EVENTOS REALES CON ACTUACIÓN DEL EAC - BF Ge las estad3sticas de fallas desde maro de ;==<, fec'a a partir de la cual el sistema eléctrico ecuatoriano opera interconectado al sistema eléctrico colombiano, se 'an registrado M< eventos en los cuales 'a actuado el Esquema de Alivio de 4arga por 6aja 7recuencia, tal como se muestra en los esquemas de la 7igura D y la 7igura ;. A7,=&7%;n (#$ E9>=#"& (# A$%?% (# C&!<& +! B&8& F!#7=#n7%& (#9(# #$ &@ 2002 &9,& "&! 2014 <+

<= ;+ ;=

;= D D+

N"#! (# f&$$&9 +! &@ D+ D= +

L

+

;

L <

=

+ D

D

=

A@9 F%<=!& 1. @!mero de fallas por a8o con actuación del EA4 5 67 desde el a8o ;==; 'asta maro ;=D0

A7,=&7%;n (#$ E9>=#"& (# A$%?% (# C&!<& +! B&8& F!#7=#n7%& (#9(# "&! (# 200 &9,& "&! 2014 += N"#! (# ?#7#9

0; ;=

D+

M

<

D

<

0

+



=

D

;

P&99 (# EAC - BF F%<=!& 2. Estad3stica de la actuación de los diferentes pasos del EA4 5 67 desde maro de ;==< 'asta maro ;=D0

Gel total de los eventos con actuación del EA4 5 67, treinta y seis %<& se debieron a la apertura de la l3nea de transmisión 9amondino : *omasqui ;<= >?. En el último semestre hasta el mes de marzo del año 2014 se produjeron tres eventos con actuación del E! " #$% los cuales se des&losan a continuación' Evento 1' Disparo de 880 MW de generación correspondiente a siete unidades de la central San Carlos del sistema colombiano. La frecuencia mínima registrada fue


de !."" #$, con la actuación del primer paso del %s&uema de 'livio de Carga por (a)a *recuencia.

F%<=!& . Evento del DL de octubre de ;=D<

Evento 2' Disparo de la unidad " en la central +orce " del sistema colombiano, con "0 MW. La frecuencia mínima registrada fue de !."! #$, con la actuación del primer paso del %s&uema de 'livio de Carga por (a)a *recuencia.

F%<=!& 4. Evento del DM de octubre de ;=D<

Evento (' Disparo de la central Miel del sistema colombiano con "80 MW. La frecuencia mínima registrada fue de !. #$, con la actuación del primer paso del %s&uema de 'livio de Carga por (a)a *recuencia.


F%<=!& . Evento del ;L de febrero de ;=D0

4. CONSIDERACIONES GENERALES 4.1 SIMULACIONES 4on el fin de determinar la funcionalidad de la actuación del Esquema de Alivio de 4arga por 6aja 7recuencia EA4 : 67 dise8ado e implantado, se realian simulaciones para analiar el comportamiento del S.@.. ante contingencias de pérdida de generación para los per3odos más representativos de la demanda, considerandoH •

•

•

•

•

$a salida intempestiva de unidades de generación y/o la apertura de los cuatro circuitos de la l3nea de transmisión 9amondino : *omasqui ;<= >?, lo que produce ca3das de frecuencia, cuya magnitud está determinada por el tama8o del desequilibrio de generación : carga en el sistema. El esquema de alivio de carga implantado mediante relés de baja frecuencia deberá ser dise8ado para controlar los efectos de perturbaciones que llevan al sistema a condiciones de operación con frecuencias menores o iguales a +,0 - 01. En esas condiciones operativas, la estricta participación de descone#ión de carga de las Empresas Gistribuidoras y Prandes 4onsumidores es de fundamental importancia para preservar la seguridad de la operación del Sistema @acional nterconectado en su conjunto. El esquema de alivio de carga implantado mediante relés de baja frecuencia deberá ser funcional para todas las condiciones de demanda, tanto para d3as de trabajo como para d3as no laborables. 4on la finalidad de minimiar el tiempo en el cual la frecuencia permaneca por debajo de valores de +M,+ - y as3 evitar la pérdida de la vida !til de las plantas térmicas, se define una descone#ión acumulada del 0LK del EA4 5 67. $as unidades 'idráulicas pueden soportar menores frecuencias ante contingencias, pero las plantas térmicas no, por tal raón se 'ace énfasis en su protección. Se considera una región cr3tica de operación, el rango de frecuencia de +M a + -, para las bombas de alimentación de las calderas de las unidades de vapor.


•

•

•

−

−

−

−

−

*ara seleccionar el porcentaje de descone#ión de carga, en cada uno de los pasos del EA4 5 67, en los análisis realiados, se encuentran los valores de descone#ión de carga, de tal forma que a los D+ segundos, la frecuencia sea al menos superior al umbral del primer paso %+,0 -& procurando evitar también, frecuencias superiores a = -. Se 'an escogido siete pasos de descone#ión de carga por baja frecuencia, con la finalidad de evitar en lo posible, descone#iones innecesarias y por lo tanto sobrefrecuencias en el sistema. El EA4 5 67 tiene como finalidadH

4umplir con las @ormas de calidad, seguridad y confiabilidad establecidas en los *rocedimientos de Gespac'o y Nperación del CEC %Oegulación @o. 4N@E$E4 ==/==&, garantiando la calidad del servicio en lo que se refiere a las magnitudes de frecuencia del S.@.. Cantener en lo posible la frecuencia del sistema eléctrico dentro de valores operativos, para que al producirse desbalances entre la generación y la demanda, como resultado de contingencias, ante la salida intempestiva de unidades de generación o fallas en elementos de la red de transmisión, el sistema sea capa de operar con una frecuencia cercana a su valor nominal, o al menos superior a +,0 -. D1, ;1, 01. 4on esto se busca evitar que los equipos del S.@.. se e#pongan por tiempos prolongados a variaciones de frecuencia que puedan afectar su vida !til. Aumentar la seguridad operativa al S.@.. en casos de déficit de generación, minimiando las interrupciones de los suministros de energ3a a los clientes en casos de emergencia. Evitar riesgos de pérdida de estabilidad, muy altos voltajes y sobrecargas en el S.@.. Seleccionar, de la manera más equitativa posible, en los sistemas de los Gistribuidores y Prandes 4onsumidores del CEC, la carga a desconectar en cada paso del EA4 5 67, considerando el criterio general de mantener el S.@.. completamente interconectado. •

•

$a descone#ión de carga se realia con relés de frecuencia %MD seg!n norma A@S& calibrados a valor constante. Gado que tanto la carga como el despac'o de generación son variables a lo largo del d3a, al determinar el porcentaje de descone#ión adecuado ante los diversos eventos que pudieran presentarse, se requiere de análisis e#'austivos para no incurrir en valores muy altos %superiores a D -& o muy bajos %que no permitan recuperar la frecuencia al menos superior al umbral del primer paso&, en los que se estabiliará la frecuencia dentro de un periodo determinado. El Esquema de Separación de Qreas 5 ESA de la ntercone#ión 4olombia : Ecuador está dise8ado con las siguientes caracter3sticasH


4.2 ESQUEMA DE SEPARACIÓN DE /REAS ESA Bodas las funciones del esquema de separación de áreas deberán producir la apertura de los cuatro circuitos de la $/B 9amondino : *omasqui ;<= >? en ambos e#tremos, por lo tanto debe estar 'abilitado el env3o y recepción de disparos transferidos en las subestaciones 9amondino y *omasquiH •

•

•

•

•

Sobrepotencia de env3o de Ecuador a 4olombiaH <== CF con retardo de D segundo, considerando que el conteo del tiempo se resetea cuando la potencia baja del +K del valor de ajuste %;M+ CF&. Sobrepotencia de env3o de 4olombia a EcuadorH == CF con retardo de ; segundos, considerando que el conteo del tiempo se resetea cuando la potencia baja del +K del valor de ajuste %+L= CF&. 6aja tensión en 9amondino y *omasquiH =.M+ p.u. %DML >? en base a ;;= >?&, con un retardo de +== ms, en las subestaciones 9amondino y *omasqui. 6aja 7recuencia en 9amondino y *omasquiH +M.; -, con retardo de +== ms. 6ajo voltaje en 9amondino y *omasquiH =.M+ p.u. %DML >?&, con un retardo de +== ms, en las subestaciones 9amondino y *omasqui. *rotección de potencia inversa en *omasqui, bajo condiciones de importación de EcuadorH −

−

•

*ara importaciones menores a D== CF, el ajuste está en ;== CF con un retardo de D;== ms. *ara importaciones mayores a D== CF, el ajuste está en D== CF con un retardo de D;== ms.

Esquema de *rotección de Alto ?oltajeH En 4olombia el ajuste de alta tensión rápido se realia en ;= >? y en Ecuador en ;++ >?. $a protección de alta tensión, act!a con la siguiente secuencia en 9amondino y *omasquiH −

−

−

−

−

Salida de servicio del banco de capacitores en 9amondino ;;= >? en D== ms. Apertura del circuito D de 9amondino : *omasqui ;<= >?, con un retardo de <== ms. Apertura del circuito < 9amondino : *omasqui ;<= >?, con un retardo de 0+= ms. Apertura del circuito 0 9amondino : *omasqui ;<= >?, con un retardo de == ms. Apertura de un circuito de 9amondino : San 6ernardino ;;= >?, con un retardo de L+= ms.


−

Apertura del circuito ; 9amondino : *omasqui ;<= >?, con un retardo de == ms.

$a protección de alta tensión, act!a con la siguiente secuencia en San 6ernardinoH −

Salida de servicio de todos los bancos de capacitores en San 6ernardino ;;= >? en menos de <== ms.

Adicionalmente, se implementó un esquema de alta tensión lento en las subestaciones 9amondino y *omasqui. Este esquema debe producir el disparo secuencial de equipos en ;+< >?, con un retardo intencional que permita coordinación y selectividad con los siguientes tiemposH −

−

−

−

−

−

−

4ompensación capacitiva de 9amondino de L; C?Ar, con un retardo de D< segundos. Apertura del circuito D de 9amondino : *omasqui ;<= >?, con un retardo de D+ segundos. Apertura del circuito < de 9amondino : *omasqui ;<= >?, con un retardo de DL segundos. Apertura del circuito 0 de 9amondino : *omasqui ;<= >?, con un retardo de D segundos. Apertura de un circuito San 6ernardino : 9amondino, con un retardo de ;D segundos. Apertura del circuito ; de 9amondino : *omasqui ;<= >?, con un retardo de ; segundos. Apertura del otro circuito San 6ernardino : 9amondino, con un retardo de ;M segundos.

Se encuentra 'abilitado el env3o y recepción de disparos transferidos en las subestaciones 9amondino y *omasqui. $os análisis se realian mediante simulaciones de la operación en estado transitorio del S.@.. con la topolog3a del Sistema @acional de Bransmisión actual y considerando la operación de los cuatro circuitos de la l3nea de transmisión 9amondino : *omasqui ;<= >?, para escenarios de alta 'idrolog3a en los embalses de las centrales 'idroeléctricas Caar 5 *aute y Agoyán 5 San 7rancisco, para per3odos de demanda m3nima, media y má#ima de un d3a laborable, considerando valores representativos para cada condición. El esquema de alivio de carga por baja frecuencia se activa por umbral desde +,0 -. El valor m3nimo de la frecuencia depende de la respuesta inicial de los reguladores de velocidad, la reserva de regulación primaria del sistema y el comportamiento de la carga respecto de la frecuencia. El tiempo que un sistema eléctrico de potencia es capa de tolerar operando con bajas frecuencia, depende de los l3mites operativos de los equipos de la red, generalmente asociados con la operación de los equipos y servicios au#iliares de


las centrales eléctricas, por esta raón las protecciones de m3nima frecuencia de las unidades de generación se ajustan con valores entre +L,+ - y +M,= -. *ara evitar la pérdida de la vida !til de las plantas térmicas, en ning!n momento la frecuencia debe mantenerse en valores inferiores a +L,+ - en un tiempo mayor a 0M segundos durante toda su vida !til. Gurante las contingencias se debe minimiar el tiempo en el que la frecuencia permanece por debajo de valores de +M,+ - para evitar la pérdida de la vida !til de las plantas térmicas. Seg!n recomendación de los fabricantes estas unidades pueden operar con esa frecuencia 'asta <= minutos durante toda su vida !til. *ara los análisis del per3odo Abril : Septiembre ;=D0 se 'a considerado la demanda proyectada del *lan Caestro de Electrificación del Sistema @acional nterconectado ;=D< : ;=;;, modificado. *ara determinar el esquema de alivio de carga por baja frecuencia, se parte de la evaluación de la operación del sistema ante la pérdida de generación y/o la apertura de los cuatro circuitos de la l3nea de transmisión 9amondino : *omasqui ;<= >?, como eventos probables, con la descone#ión de carga de los primeros pasos. 4on la finalidad de preservar la seguridad del sistema ante eventos de pérdida de generación de gran magnitud, a pesar de ser eventos poco probables, se analia la pérdida de generación, y la descone#ión de carga que en el séptimo paso cubre el 0LK de la demanda del sistema. El esquema de alivio de carga por baja frecuencia no contempla la activación de esquemas de reposición automática de la carga desconectada.

4. INFORMACIÓN OPERATIVA $a información operativa utiliada en los análisis realiados se detalla a continuaciónH D#"&n(&H En la Babla ; se presentan las demandas estimadas en bornes de generación del sistema ecuatoriano, de un d3a representativo laborable %demanda proyectada media del *lan de Nperación del Sistema @acional nterconectado 9ulio ;=D< : 9ulio ;=D0&. T&)$& 2.

Gemandas de un d3a laborable para el per3odo Abril ;=D< : Septiembre ;=D<

B&n(& !&!%&

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G#n#!&7%;nH Se consideró la generación de un despac'o t3pico de baja 'idrolog3a, cuyos detalles generales se muestran en la Babla
Gespac'o representativo de un d3a laborable para el per3odo Nctubre ;=D< : Caro ;=D0

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. PROTECCIÓN POR BAJA FRECUENCIA DE GENERADORES 4on relación a la definición de los l3mites técnicos a ser cumplidos por los generadores para protección por baja frecuencia, se sugiere que el Nrganismo Oegulador considere en la Oegulación @o 4N@E$E4 ==/== *rocedimientos de Gespac'o y Nperación, el siguiente criterioH (4on la finalidad de preservar la mayor parte de la demanda y generación del Sistema @acional nterconectado, cuando ocurran eventos que originen desbalances carga 5 generación y la consiguiente disminución de la frecuencia del sistema, el 4E@A4E determina el esquema de seccionamiento o de alivio de carga por baja frecuencia %EA4 5 67& del S.@.., a ser implantado por los Gistribuidores y Prandes 4onsumidores del CEE" complementariamente, los Agentes Peneradores deberán calibrar la protección de baja frecuencia de todas sus unidades generadoras a un valor menor al correspondiente al !ltimo paso del EA4 5 67 vigente, puesto que la salida de sus unidades de forma anticipada estar3a en contraposición con el objetivo del Esquema de Alivio de 4arga por baja frecuencia EA4 5 67, de preservar la estabilidad del Sistema ante la ocurrencia de contingencias de generación. Sobre la base de las recomendaciones técnicas se puede considerarH •

−

−

En general los fabricantes de turbinas de plantas térmicas no recomiendan la operación de las mismas a bajas frecuencias para no deteriorar su vida !til" sin embargo, es raonable considerar para efectos del dise8o del esquema de alivio de carga, lo siguienteH

Rue las unidades térmicas no pueden operar bajo los +L,+ - un tiempo superior a 0M segundos durante su vida !til. $as unidades térmicas pueden trabajar con frecuencias de +M,+ - 'asta <= minutos durante su vida !til.


•

•

•

*ara frecuencias superiores a +M,= - y menores a ;,= - no se deben ajustar disparos de unidad. *ara frecuencias superiores a ;,= - y menores a <,= - puede ajustarse el disparo por sobrevelocidad con una temporiación m3nima de D+ segundos. *ara frecuencias superiores a <,= - puede ajustarse el disparo instantáneo de la unidad para protección por sobrevelocidad.

$as centrales 'idráulicas son menos restrictivas con relación a su operación a bajas frecuencias. Se sugiere que el Nrganismo Oegulador defina un valor sobre el cual no deben tener disparo por baja frecuencia, el cual no deber3a ser superior a +L,+ -.

. METODOLOGÍA DE AN/LISIS *ara determinar el Esquema de Alivio de 4arga por 6aja 7recuencia, se realian simulaciones con pérdida de generación y/o la apertura de los cuatro circuitos de la l3nea de transmisión 9amondino : *omasqui ;<= >?, monitoreando los valores de los parámetros eléctricos %frecuencia y voltaje&, variando los porcentajes de descone#ión en cada uno de los pasos, con selección del paso previo, tal como se presenta en la Babla 0. T&)$& 4.

*orcentajes analiados para EA4 : 67 para el per3odo Abril : Septiembre ;=D0 Biempo de actuación I temporiación del relé J tiempo de apertura de interruptor Gescone#ión de carga %K&H porcentaje con relación a la carga total

ESQUEMA DE ALIVIO DE CARGA POR BAJA FRECUENCIA DISE6ADO P&9

P!7#n,&8#9 (# D#97n#:%;n (# C&!<& Biempos de actuación Gescone#ión de carga por 7recuencia %-& %ciclos& cada paso %K&

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

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D;

KJKJLKJLKJLKJLKJLK

 *orcentaje analiado

*ara las simulaciones se 'a utiliado como 'erramienta de análisis el programa computacional GgS$E@B *oTer7actory, en el cual se modelan los sistemas eléctricos colombiano y ecuatoriano. *ara el análisis se considera el n!mero de pasos de actuación del EA4 5 67, el porcentaje de carga desconectada por paso, las frecuencias m3nimas, frecuencias má#imas y frecuencias estabiliadas luego de D+ segundos de ocurrido el evento.


. RESULTADOS En el presente estudio se 'an realiado las simulaciones de eventos e#tremos de desbalance generación 5 carga, que incluyen la pérdida de generación local, pérdida de generación en el sistema colombiano y la apertura de los cuatro circuitos de la l3nea de transmisión 9amondino : *omasqui ;<= >? dependiendo el caso, con los siguientes resultadosH )aso 1 al 2' *ara demanda m3nima, media y má#ima de un d3a laborable, se

selecciona en el primer paso el K de descone#ión de carga, mejorando la recuperación del sistema y robusteciendo la recuperación de los pasos siguientes. )asos ( al *' *ara demanda m3nima, media y má#ima de un d3a laborable, se

selecciona el LK en cada paso de descone#ión de carga, lo que permite la recuperación de la frecuencia del sistema y el fortalecimiento en la actuación entre cada paso planteado. )aso +' *ara demanda m3nima, media y má#ima de un d3a laborable, se selecciona

en el séptimo paso, el LK de descone#ión de carga, el mismo que permite una recuperación mayor del sistema, ante grandes pérdidas de generación, evitando que las máquinas lleguen a frecuencias no deseadas. El esquema de alivio de carga por baja frecuencia dise8ado, pretende proteger al sistema ante eventos probables, como el disparo de grandes grupos generadores del sistema colombiano y ecuatoriano, con la consecuente apertura de los cuatro circuitos de la l3nea de transmisión 9amondino : *omasqui ;<= >?. El comportamiento real del sistema ante contingencias, con actuación del EA4 5 67, dependerá del desbalance de generación 5 carga y de los porcentajes de seccionamiento de carga implantados en cada uno de los pasos del esquema. En el Ane#o D, se presenta un resumen de resultados para cada una de las alternativas analiadas para las diferentes demandas, investigando la pérdida de varios bloques de generación y el n!mero de pasos de actuación del EA4 : 67. Alternativa D *orcentaje de descone#ión acumulado de 0L K Alternativa ; *orcentaje de descone#ión acumulado de 0+ K

3. CONCLUSIONES  RECOMENDACIONES •

El propósito del EA4 : 67 es, mediante la actuación de los relés de frecuencia, desconectar la carga que sea necesaria en el sistema para mantener el balance generación : carga, de tal forma de recuperar la frecuencia del sistema dentro de los siguientes D+ segundos a valores superiores a +,0 - 01, y, al mismo tiempo, evitar valores superiores a D -, posteriores a la ocurrencia del evento. *ara cumplir con este propósito se simularon varias condiciones de demanda para un d3a laborable representativo, cuya evaluación permite


determinar un esquema que ofrece caracter3sticas apropiadas para un adecuado desempe8o operativo del sistema. •

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El esquema recomendado para el per3odo Abril : Septiembre ;=D0, está dise8ado para responder ante las contingencias más cr3ticas en el sistema, considerando entre ellas, la salida intempestiva de varias unidades de la 4entral *aute y la pérdida del enlace entre 4olombia y Ecuador. 4on estas contingencias, además de perder una gran cantidad de generación, el sistema ecuatoriano pierde inercia, y la capacidad de realiar una regulación de frecuencia adecuada. $os escenarios evaluados incluyen la pérdida de generación en Ecuador y 4olombia y el disparo de la intercone#ión entre estos pa3ses. Esto permite obtener las condiciones más cr3ticas, ya que con la pérdida de la intercone#ión, la inercia y regulación provista por parte del sistema colombiano es nula, y es muy probable que se producan sobrefrecuencias %valores de frecuencia sobre los = -& ante la actuación del EA4 : 67. 4on la finalidad de preservar la seguridad del sistema, y conforme a los resultados de los análisis realiados, los distribuidores y grandes consumidores deben verificar y ajustar el esquema dise8ado, tal como se muestra en la Babla +, el mismo que considera un seccionamiento del 0LK de su demanda total, distribuidos en siete pasos o etapas de descone#ión. $as etapas por umbral de frecuencia operan en el rango de +,0 - 'asta +M,+ - con pasos discretos de =,; - y =,D -. T&)$& . EA4 : 67 para el S@ per3odo Abril : Septiembre ;=D0 Biempo de actuación I temporiación del relé J tiempo de apertura de interruptor Gescone#ión de carga %K&H porcentaje con relación a la carga total

ESQUEMA DE ALIVIO DE CARGA POR BAJA FRECUENCIA DISE6ADO P!7#n,&8#9 (# D#97n#:%;n (# C&!<&

•

P&9

7recuencia %-&

Biempos de actuación %ciclos&

Gescone#ión de carga %K&

Gescone#ión acumulada de carga %K&

1

+.0

D;

K

K

2

+.;

D;

K

D;K



+.D

D;

LK

DK

4

+.=

D;

LK

;K



+M.M

D;

LK

<


+M.

D;

LK

0=K



+M.+

D;

LK

0LK

Oealiando una evaluación del esquema vigente, de acuerdo a la Alternativa ;, se establece la necesidad de realiar cambios porcentuales en el per3odo Abril : Septiembre ;=D0. Se 'a definido el !ltimo paso de EA4 5 67 en +M,+ -, con una descone#ión acumulada del 0LK, con la finalidad de minimiar el tiempo en que la frecuencia permanece por debajo de valores de +M,+ - y as3 evitar la pérdida de la vida !til de las plantas térmicas. *or otro lado, se considera una región cr3tica de operación, entre +M y + -, de las bombas de alimentación de las calderas de las unidades de vapor.


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Se 'an escogido siete pasos de descone#ión de carga por baja frecuencia, con la finalidad de evitar en lo posible descone#iones innecesarias y por lo tanto sobrefrecuencias en el sistema. Gebido a la variación de la demanda en los alimentadores de las Empresas de Gistribución, durante el d3a, es muy dif3cil implementar un EA4 5 67 que se ajuste e#actamente para los tres per3odos de demanda, por esta raón se solicita que la implementación del EA4 5 67 se realice con base a condiciones de (#"&n(& "#(%& de un d3a laborable, debido a que dic'a banda tiene la mayor duración de la curva de carga diaria. En vista de que el EA4 5 67 act!a en el rango de frecuencias de +,0 - a +M,+ -, se recomienda que, en las unidades de generación, se calibren las protecciones de baja frecuencia en valores inferiores a +M -. *or otro lado, los picos de frecuencia observados en el estudio, luego de la actuación del EA4 5 67, no son significativos y tampoco representan riesgo para la seguridad del S.@.. ni de las unidades generadoras" sin embargo, para la calibración de las protecciones de sobrefrecuencia de las unidades se deberá considerar las recomendaciones de los fabricantes, realiando ajustes en valores superiores a ; - y con retardos de tiempo del orden de segundos. El cumplimiento estricto por parte de las Empresas de Gistribución y Prandes 4onsumidores en la implementación de los porcentajes de descone#ión de carga solicitados por el 4E@A4E, como resultado de los análisis efectuados, es de fundamental importancia para preservar la seguridad de la operación del Sistema @acional nterconectado en su conjunto. $os relés de derivada de frecuencia : df/dt, son utiliados para proteger al sistema ante eventos con ca3das de frecuencia e#tremadamente rápidos, caracter3stica de respuesta que no poseen los relés de umbral de frecuencia. Sin embargo, con la finalidad de proteger al sistema ante eventos graves, se viene analiando la caracteriación de la tasa de ca3da de frecuencia, en las actualiaciones de los estudios semestrales, y una ve que se identifique la necesidad de este equipamiento, se definirán los ajustes de los relés de derivada de frecuencia, evitando actuaciones equivocadas. $as ca3das de frecuencia son el resultado de perturbaciones eléctricas causadas por el déficit instantáneo de potencia activa en un sistema de potencia. $a magnitud de estas ca3das de frecuencia viene determinada principalmente, por el monto del desequilibrio entre la carga y la generación del sistema, la inercia del sistema y la variación de la carga con la frecuencia. 4on el fin de reducir descone#iones innecesarias de carga en el sistema, se evaluó la factibilidad de reducir los porcentajes de descone#ión. Este evento corresponde a la Alternativa ; presentada en el Ane#o para todas las demandas, en la cual el porcentaje acumulado de descone#ión corresponde al 0+K. En términos generales, se pudo apreciar que al reducir la descone#ión de carga, la frecuencia no logra tener una recuperación favorable ante ciertos eventos, por lo que se toma la Alternativa D como la opción más adecuada. $a actuación del ESA por bajo voltaje se produce apro#imadamente D segundo después del disparo de generación en el sistema ecuatoriano.


5. BIBLIOGRAFIA D1 Anderson *., Cir'eydar C., An Adaptive Cet'od for Setting 2nderfrecuency $oad S'eddin Oelays ;1 Uundur *, *oTer System Stability and 4ontrol <1 Estudios 4onjuntos VC ntercone#ión 4olombia Ecuador 01 *rocedimiento de Gespac'o de Nperación

DETERMINACIÓN DEL ESQUEMA DE ALIVIO DE CARGA POR BAJA FRECUENCIA DEL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO - Ecuador

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