Análisis modal generalizado para el amortiguamiento de oscilaciones en sistemas eléctricos con integración de energías renovables

Abstract

When the electrical power system (EPS) is subject to small disturbances, an imbalance occurs between the generated and demanded powers, producing a frequency deviation from its nominal value because of the change in generator’s speeds. During this dynamic process, in which the generators try to reach a new steady-state operation, the system’s dynamics are dominated by the energetic interaction between them, which gives place to power oscillations through the transmission lines. During this dynamic process, the inertia of rotating machines damping out the resulting power oscillations by using the kinetic energy stored in their rotors. Within this context, the oscillation amplitude depends on the severity of the disturbance, whereas the frequency oscillation depends on the damping provided by the system. Identification and damping of power oscillations are of utmost importance to prevent the power system from losing stability, and this thesis is about this topic. Oscillation identification is carried out through a small-signal stability analysis (SSSA), which allows the particular identification of oscillation patterns. The participation factors (PF) of algebraic variables, which provide a measure of the participation of these types of variables in a particular oscillation mode, are used to determine the best location of static VAR compensators (SVCs). These devices are equipped with a power oscillation damping (POD), with the purpose of improving the damping of power oscillations, to achieve this, the control variable is selected from a PFs of algebraic variables analysis.

Cuando el sistema eléctrico de potencia (SEP) es sujeto a pequeñas perturbaciones, ocurre un desbalance entre la potencia generada y la potencia demandada, lo que se traduce en una desviación de frecuencia en el sistema debido al cambio en las velocidades de los generadores. Cuando los generadores tratan de alcanzar nuevamente el estado estable, la dinámica del sistema está dominada por la interacción energética entre ellos, lo que se manifiesta por medio de oscilaciones de potencia a través de las líneas de transmisión. Durante este proceso dinámico, las inercias de las maquinas rotatorias proporcionan un amortiguamiento a las oscilaciones de potencia resultantes gracias a la energía cinética almacenada en sus rotores. En este contexto, la amplitud de la oscilación depende de la severidad de la perturbación, mientras que la frecuencia de oscilación depende del amortiguamiento provisto por el sistema. La identificación y amortiguamiento de oscilaciones de potencia es de suma importancia para evitar que el sistema de potencia pierda estabilidad, y sobre este tópico versa el presente trabajo de tesis. La identificación de modos oscilatorios se realiza por medio de un análisis de estabilidad de pequeña señal (AEPS), el cual permite la identificación particular de estos patrones de oscilación. Los factores de participación (FP) de variables algebraicas, los cuales brindan una medida de la participación de este tipo de variables en un modo de oscilación en particular, son usados para determinar la mejor ubicación de compensadores estáticos de VARs (CEVs). Estos dispositivos son equipados con un amortiguador de oscilaciones de potencia (POD por sus siglas en inglés), con el propósito de mejorar el amortiguamiento de las oscilaciones de potencia, para lograr esto, la variable de control se selecciona de un análisis de FPs de variables algebraicas.