Diseño y ajuste de un estabilizador de sistema potencia en tiempo discreto a partir de señales en el dominio del tiempo

Abstract

Las oscilaciones de potencia en los sistemas eléctricos son indeseables, especialmente las del tipo interárea, pues tienen consecuencias negativas que pueden limitar la potencia trasegada hasta llevar a un colapso del sistema. Su estudio se enmarca en el área de estabilidad del ángulo de rotor, puntualmente en la estabilidad de pequeña señal. La solución por excelencia al problema anterior son los estabilizadores de sistemas de potencia.

La herramienta de análisis tradicionalmente utilizada para estudios de estabilidad de pequeña señal es el análisis modal, este necesita los modelos matemáticos de todos los elementos del sistema, incluyendo los controles, y determina los modos de oscilación, insumo necesario para ajustar los estabilizadores. Sin embargo, dichos modelos no siempre están totalmente disponibles, lo que constituye un problema para el uso de la herramienta.

Con base en lo anterior, esta tesis propone una metodología alternativa, en la que el estabilizador se ajusta en línea tomando como base la impedancia externa, los parámetros del generador, el ajuste del regulador automático de tensión y los resultados del análisis de la respuesta en el tiempo de la potencia en los terminales del generador. Se utiliza el análisis de Prony para estimar los modos de oscilación del sistema a partir de la potencia y filtros en tiempo discreto para realimentar la frecuencia en terminales y así aumentar el amortiguamiento de los modos oscilatorios pobremente amortiguados de tipo interárea.

The power systems oscillations are undesirable, especially for the interarea ones. The oscillations have negative consequences, for example: a limit on the transferred electric power between two areas or, in the most critical cases, a system collapse. The rotor angle stability studies these oscillations, specifically small signal stability. The classical solution to this problem is deployment of power system stabilizers.

Modal analysis is traditionally used for small signal stability studies, it requires the mathematical models of all system elements and it determines the oscillation modes to finally adjust the stabilizers. However, the mathematical models are not always available, which is a problem for using the tool.

This thesis proposes an alternative methodology, in which the stabilizer is online adjusted with the external impedance, the generator's parameters, automatic voltage regulator adjustments, and time domain analysis of the generator’s electric power. It uses Prony analysis to estimate the system's oscillation modes from the electric power and uses filters in discrete time to feedback the frequency at terminals. In this way, it increases the damping of the poorly damped interarea oscillation modes.