Determinación de la constante de inercia de generadores síncronos mediante datos en sistemas de potencia

Abstract

This thesis proposes two methodologies to accurately estimate the inertia constant from wide area monitoring systems (WAMS) information in power grids. The first method is based on the Autoregressive Moving Average with Exogenous Inputs (ARMAX) model which identifies the system by means of a system of input/output vectors. This allows us to obtain a transfer function of the system being analyzed to subsequently reduce the order of the system and thus provide the term that allows us to calculate the inertia of each generator in the system, only making use of power deviation and frequency deviation measurements from the WAMS after load changes or loss of generation. The second and novel method is based on the direct estimation of active power deviations and the Rate of Change of Frecuency (RoCoF) using multivariate differentiators based on O-splines of the discrete Taylor-Fourier transform (DTTFT), which are applied to both the active power deviation and frequency measurements coming from the WAMS, after load changes or generation trips occur. For this purpose, 2 seconds sliding window is constructed just after the disturbance is detected by the Teager-Kaiser energy operator (TKEO). Then, first-order and zero-order O-spline differentiators are applied to the frequency deviation and active power measurements, respectively, to estimate the RoCoF and active power deviations simultaneously.

Esta tesis propone dos metodologías para estimar con precisión la constante de inercia en generadores síncronos a partir de la información de los sistemas de monitoreo de área amplia (WAMS, del inglés Wide Area Monitoring System) en grandes sistemas de potencia. La primera metodología se basa en el modelo Auto-Regresivo de Media Móvil con entrada exógena (ARMAX, del inglés Autoregressive Moving Average with Exogenous Input), el cual identifica el sistema por medio de un sistema de vectores de entrada/salida. Esto permite obtener una función de transferencia del sistema que se analiza para posteriormente reducir el orden del sistema y de este modo facilitar el término que nos permite calcular la inercia de cada generador del sistema, únicamente haciendo uso de mediciones de desviación de potencia y desviación de frecuencia provenientes de los WAMS, esto, después de producirse ya sea un incremento de carga o la pérdida de generación en la red eléctrica. La segunda y novedosa metodología se basa en la estimación directa de las desviaciones de potencia activa y RoCoF mediante los diferenciadores multivariables basados en los O-splines de la transformada discreta de Taylor-Fourier, la cual se aplica tanto a las mediciones de las desviaciones de potencia activa, como a las mediciones de frecuencia procedentes de los WAMS, después de que se produzca ya sea un incremento de carga o un disparo de generación. Para ello, se construye una ventana deslizante de 2 segundos justo después de que la perturbación se detecta por el operador de energía de Teager-Kaiser.