Análisis de estabilidad transitoria interárea en redes eléctricas mediante sistemas de excitación convencional y mejorado tipo TSEC

Abstract

This thesis focuses on the analysis of transient stability in electric power systems, emphasizing the improvement of the excitation system through the Transient Stability Excitation Control (TSEC), as a key tool to optimize the dynamic performance of the synchronous generator. The models of the main system components —including the generator, transmission lines, and associated control systems— are developed and described, establishing a solid analytical foundation for the stability study. The different types of excitation systems used in the power industry —direct current, alternating current, and static— are examined, highlighting their characteristics, advantages, and limitations. Based on this analysis, improved excitation strategies are proposed, with emphasis on the implementation of the TSEC, which allows rapid detection and compensation of field voltage faults, reducing oscillations and enhancing the system’s fast response under critical conditions. Finally, a case study implemented in Matlab/Simulink® is presented, through which the TSEC model is validated. The results show that its integration significantly contributes to maintaining transient stability and ensuring efficient system recovery under severe fault conditions.

La presente tesis se centra en el análisis de la estabilidad transitoria de sistemas eléctricos de potencia, con énfasis en el mejoramiento del sistema de excitación mediante el control de excitación de estabilidad transitoria TSEC (abreviado por sus siglas en inglés), como herramienta clave para optimizar el desempeño dinámico del generador síncrono. Se desarrollan y describen los modelos de los principales componentes del sistema, incluyendo el generador, las líneas de transmisión y los sistemas de control asociados, estableciendo una base analítica sólida para el estudio de la estabilidad. Se examinan los distintos tipos de sistemas de excitación empleados en la industria eléctrica, corriente continua, corriente alterna y estáticos, destacando sus características, ventajas y limitaciones. Sobre esta base, se proponen estrategias de excitación mejoradas, con énfasis en la implementación del TSEC, el cual permite detectar y compensar rápidamente fallas en el voltaje de campo, reduciendo oscilaciones y favoreciendo una respuesta más rápida del sistema ante condiciones críticas. Finalmente, se presenta un caso de estudio implementado en Matlab/Simulink®, mediante el cual se valida el modelo del TSEC. Los resultados obtenidos demuestran que su integración contribuye significativamente al mantenimiento de la estabilidad transitoria y a la recuperación eficiente del sistema frente a fallas severas.