integrantes: cristian muñoz adrián negrete alexis román profesor: flavio serey universidad de...

Integrantes: Cristian Muñoz Adrián Negrete Alexis RománProfesor: Flavio Serey

* Presentación Número 2Experiencia 2 y 3 Temas: Regulación de tensión y Compensación de Reactivos

Universidad de Santiago de chileFacultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería EléctricaLaboratorio de Sistemas Eléctricos de Potencia

* Presentación Número 2: Regulación de tensión y Compensación de Reactivos

Experiencia 2: Regulación de tensión:1. Objetivos2. Desarrollo Experiencia3. Conclusiones

Experiencia 3: Compensación de Reactivos:4. Objetivos5. Desarrollo Experiencia6. Conclusiones

Experiencia 2: Regulación de Tensión

1. Objetivos:

• Objetivo General:1. Aprender la teoría de las líneas eléctricas y su modelación.

• Objetivos Específicos:1. Conocer diferencias entre tipos de líneas eléctricas.2. Aprender y aplicar concepto de regulación de tensión.3. Utilizar DigSILENT para las simulaciones requeridas.

Experiencia 2: Regulación de tensión

2. Desarrollo de la experiencia:

• La experiencia 2 se enfoca en analizar y comprender la regulación de voltaje en las líneas de transmisión eléctrica.

• Para ello debemos implementar el Sistema Eléctrico de la experiencia 2, el cual cuenta con 4 líneas eléctricas.

• Los parámetros de estas líneas deben modificarse para cumplir con los con 3 modelos de líneas, las cuales son:

1. Líneas cortas (longitud menor a 50KM), 2. Líneas medias (longitud entre los 50 y 200KM) 3. Líneas largas (longitud sobre los 200KM).


2.1. Circuito a simular:

Líneas CortasLíne

aR

[Ohm/Km]X

[Ohm/Km]Y [Siemens/Km]

Largo [Km]

1 0,0366 3,108 92,67 152 0,077 0,0973 135,08 103 0,077 0,0973 135,08 104 0,125 0,1206 87,02 12,5

Línea MediaLíne

aR [Ohm/Km] X [Ohm/Km] Y [µSiemens/Km] Largo [Km]

1 0,0366 3,108 92,67 352 0,077 0,0973 135,08 503 0,077 0,0973 135,08 504 0,125 0,1206 87,02 38

Línea LargaLíne

aR [Ohm/Km] X [Ohm/Km] Y [µSiemens/Km] Largo [Km]

1

N2XS(FL)2Y 1x400RM/35 64/110kV it

2002 2003 2004 200

Gráficos Tensiones de Barras

1 2 3 4 5 6

Magnitud [KV] 13.8 33.14 11.98 28.81 31.92 13.52

2.5

7.5

12.5

17.5

22.5

27.5

32.5

Línea corta, sin variación

Volt

aje

[kV

]

1 2 3 4 5 6

Magnitud [KV]

13.8 33.32 11.87 28.55 31.59 13.52

2.5

12.5

22.5

32.5

Línea corta, sin doble circuito

Volt

aje

[kV

]

1 2 3 4 5 6

Magnitud [KV]

13.8 33.07 13.55 32.4 32.27 13.52

2.5

12.5

22.5

32.5

Línea corta, sin carga 2

Volt

aje

[kV

]

1 2 3 4 5 6

Magnitud [KV]

13.8 67.13 12.73 61.2 64.59 13.52

515253545556575

Línea media, sin variación

Volt

aje

[kV

]

1 2 3 4 5 6

Magnitud [KV] 13.8 67.13 12.59 60.51 63.67 13.52

5

25

45

65

Línea media, sin doble circuito

Volt

aje

[kV

]

1 2 3 4 5 6

Magnitud [KV]

13.8 66.98 13.91 66.5 65.31 13.52

5

25

45

65

Línea media, sin carga 2

Volt

aje

[kV

]

1 2 3 4 5 6

Magnitud [KV]

13.8 118.59 16.48 131.72 115.92 13.52

10

50

90

130

Línea larga, sin variaciónV

olt

aje

[kV

]

1 2 3 4 5 6

Magni-tud [KV]

13.8 116.41 16.08 128.56 113.29 13.52

105090

130

Línea larga, sin doble circuito

Volt

aje

[kV

]

1 2 3 4 5 6

Magnitud [KV]

13.8 118.93 17.12 136.44 116.5 13.52

1030507090

110130150

Línea larga, sin carga 2

Volt

aje

[kV

]

Gráficos Pérdidas de Potencia


3. Conclusiones:

La regulación de tensión dentro de un Sistema Eléctrico, es realmente importante y abarca aspectos mucho mas amplios que la simple rentabilidad del sistema o la protección de los elementos de un SEP, y esto debido a que la regulación esta relacionada directamente con la calidad de un servicio, el servicio de suministro eléctrico. Y como cualquier servicio se debe a los consumidores, un consumidor contento y satisfecho del servicio entregado, significa mantener una relación indefinida entre: el usuario y proveedor de tal servicio. Entonces para fijar esos márgenes de calidad de servicio, es que existe el decreto supremo 327 (la ley general de servicios eléctricos), en el cual se estipulan los valores de regulación de voltaje tanto para transmisión como distribución de la energía eléctrica en Chile.


3. Conclusiones:

Por el lado de los SEP, cabe recordar que el primer valor que se puede tomar en una regulación de voltaje, se genera al comparar el voltaje que hay en los terminales de una fuente generadora en vacío y esta misma fuente conectada a una carga, esta diferencia de potencial es provocada por la impedancia interna que la fuente generadora tiene. Teniendo en cuenta esto podemos entender el primer modelo simulado, el cual era construir el SEP y hacerlo correr con el simulador. Esta primera simulación representa lo descrito anteriormente, donde en este caso los que regulaban el voltaje eran las fuentes generadoras.


3. Conclusiones:

Posteriormente se tuvo que desconectar una línea de transmisión, acción que representa el imprevisto de que por alguna circunstancia, ya sea de la naturaleza, error, accidente, intención humana, una línea salga abruptamente del sistema, para comprobar por una parte, si una sola línea puede soportar toda la potencia que circulaba por el doble circuito (líneas 2 y 3) y si las fuentes generadoras son capases de entregar suficiente potencia reactiva para regular la tensión del sistema.

Por último, había que desconectarle la carga 2, acción la cual puede representarse por una baja abrupta de la carga conectada, debido por ejemplo a: horario de colación de las faenas industriales u algún desperfecto en el punto de conexión a la carga. Esto para saber si el sistema es capas de inyectar suficientes reactivos o en su defecto en ocasiones absorber reactivos para poder así regular el voltaje.

Experiencia 3: Compensación de Reactivos

1.Objetivos:

• Objetivo General:1. Comprender los distintos tipos de compensación de Potencia Reactiva,

trabajando en la simulación de DigSILENT.

• Objetivos Específicos:1. Conocer y analizar los problemas que causa la Potencia Reactiva en los SEP.2. Conocer las fuentes y sumideros de Potencia Reactiva.3. Conocer los diferentes métodos de Compensación de Potencia Reactiva.4. Aprender sobre nuevas tecnologías de Compensación de Reactivos.


2. Desarrollo de la experiencia:• La experiencia 3 se enfoca en analizar y comprender, la implicancia que tiene la

Potencia reactiva y la compensación de la misma en un Sistema Eléctrico de Potencia.

• El sistema eléctrico a trabajar en el programa DigSILENT consta de:• 6 Barras de tensión• 5 líneas de transmisión• 4 Cargas (asociadas a 4 barras diferentes)• 1 transformador• Una Red externa• Una fuente de generación.


2.1. Circuito a simular:

Una vez creado el sistema en el simulador, fuimos variando algunas condiciones como: desconectar una línea de transmisión, desconectar alguna carga del sistema, desconectar la fuente de generación o conectar 2 condensadores en serie y variar los parámetros del mismo.

Experiencia 3: Gráficos de tensión de barras


3. Conclusiones:

La compensación paralela consta de colocar un elemento reactivo, principalmente un condensador, para así poder mantener un control sobre la potencia reactiva. Esto se logra debido a que al poder manipular el vector de la potencia compleja a través de los reactivos, podemos variar las tensiones relacionadas a la potencia activa, que es la que finalmente importa para el sistema. Para el caso de la simulación, utilizamos una máquina sincrónica trabajando en vacío, es decir, actuando como condensador principalmente, aunque hubieron casos en los que trabajo también como una bobina, vale decir, trabajó aportando reactivos al sistema, y también trabajó absorbiendo reactivos.


3. Conclusiones:

Con respecto a la compensación serie, podemos deducir lo siguiente: Cuando no se conecta CS1, a medida que aumenta el valor de la compensación en total, es decir, cuando aumenta el valor de cada uno de los condensadores, las tensiones tienden a disminuir, resultando para valores muy pequeños de la susceptancia, una tensión más elevada. Esto lo podemos observar en los gráficos de las tensiones en compensación serie. En base a esto, podemos observar que la compensación serie actúa en la línea de manera que la hace virtualmente más corta.


3. Conclusiones:

•Cuando conectamos CS1, volvemos a manipular las tensiones, que se vuelven cercanas al valor nominal. Con esto último, más el hecho que la línea se vuelve más corta con la compensación serie, obtenemos como resultado una disminución muy considerable tanto de potencia activa como de reactiva. Esto lo podemos verificar fácilmente con los valores de las tablas: Cuando no se tiene ningún tipo de compensación (ni serie ni paralelo) las pérdidas de la línea 1 son muy altos: 17 [MW] de activa y 13 [MVAr] de reactiva. Una vez hacemos compensación paralelo, o cuando hacemos compensación serie de valor 0,25 [S], las pérdidas en la línea son bastante similares: aprox. 7 [MW] de activa y 1 [MVAr] para ambos casos, pero cuando aplicamos ambas (paralelo y serie con valor 0,25[S]) las pérdidas se hacen muy pequeñas: 4,5 [MW] y 0,7 [MVAr].


3. Conclusiones:

En base a todo lo anterior, podemos hacer una conclusión muy general y la más principal: una combinación adecuada tanto de compensación serie y de compensación paralelo hacen mucho más eficiente, ya que la compensación paralela mantiene fijos los niveles de tensión en las barras, mientras que la serie hace que la línea sea virtualmente más corta, y al sumar ambos efectos, obtenemos unas pérdidas muy pequeñas.

*Problema

Se tiene un consumo en 12 KV, con una curva de carga de P (MW) y Q (MVAR) diaria. Esta carga es alimentada por un sistema radial como el mostrado en la figura 1.

1. Determine los cargos mensuales por bajo factor de potencia que paga un cliente (12kV), y los que paga la empresa subtransmisora que lo alimenta (220KV).

2. Determine la compensación de potencia reactiva para que el cliente no pague cargos. ¿Es rentable?.

3. En esta condición, ¿cuánto paga la empresa subtransmisora?

4. Qué debería hacer la empresa subtransmisora para no pagar? ¿Es rentable?

Suposiciones:Carga constante con valores de la carga estimadas por el alumno.Costo de la energía 50($/KWh)Costo de la compensación considerando que el kVAr instalado cuesta US$ 30.

* Cargo mensual por factor de Potencia

Consideraremos los siguientes valores para la carga:

Calculando los valores mensuales por 24 horas y 30 días tenemos los valores de Energía Mensual:

Con estos valores podemos calcular el cargo por factor de potencia mediante la fórmula:

*Cargo por Reactivos en Instalaciones de Subtransmisión

Para calcular este cargo se debe determinar el cuociente entre energía reactiva inductiva y la energía activa, el cual aplica un cargo según los valores presentados en la siguiente tabla, para cada una de la horas del período comprendido entre las 08:00 y 24:00 hrs. exceptuando domingos o festivos

Razón Q/P [%]Cargos por tensión Superior a 100 kV [$/kVArh]

Desde 0 y hasta 20 0.000

Sobre 20 y hasta 30 3.861




Sobre 80 11.577

Considerando el valor de Energía por hora tenemos:

Donde:

Por lo que calculamos el cargo por hora mediante la siguiente relación:

]

Finalmente obtenemos el cargo por hora:

El cual si consideramos el período de 16 horas, 6 días y 4 semanas nos da un cargo mensual de:

*Compensación de Potencia Reactiva

Para que el cliente no pague el cargo por factor de potencia se debe realizar una compensación de potencia reactiva tal que el fp llegue a 0,93 con un ángulo = 21,56⁰

Para calcular la variación necesaria de Q y poder llegar a un factor de potencia a 0,93 podemos utilizar la siguiente relación:

Por lo tanto podríamos instalar un banco de condensadores con una potencia máxima de 60 [KVAR].

Considerando un valor de US$30 por KVA instalado, el valor del banco de condensadores sería de US$1800.

Con un valor del Dólar de CLP$517,91 el banco de condensadores necesario para llevar el fp a 0,93 sería de $932238.

Realizando la compensación estaríamos evitando el cargo mensual de por lo que resulta muy rentable para el cliente instalar el banco de condensadores ya que en sólo 2 meses pagando multa ya habría pagado el valor total del banco de condensadores necesario.

* ¿Cuánto paga la empresa subtransmisora?

Con las nuevas condiciones de la carga, considerando que el cliente instaló un banco de condensadores de 60 [KVAR] tenemos los valores de Energía por hora:

Por lo que el nuevo cuociente sería:

Y por lo tanto el cargo por hora:

Considerando 16 horas, 6 días y 4 semanas tenemos un cargo mensual de:

* ¿Qué debería hacer la empresa subtransmisora para no pagar? ¿Es rentable?

Para que la empresa subtransmisora no pague el cargo, el cuociente de energía reactiva y energía activa debe ser .

Considerando los mismos valores de energía activa (300KWh) necesitariamos una energía reactiva de 60 [KVARh], por lo que según el último caso debemos llevar la energía reactiva desde 110 [KVARh] hasta los 60 [KVARh], por lo que se debe realizar una compensación de 50 [KVAR].

Considerando un valor de US$30 por KVA instalado, el valor del banco de condensadores sería de US$1500.

En CLP $ 776865, realizando esta inversión se evita el cargo mensual de

Debido a que en este caso el cliente no esta pagando ningún cargo por mal factor de potencia, es mas rentable instalar el banco de condensadores ya que la inversión se recupera en 8 meses pagando la multa.

integrantes: cristian muñoz adrián negrete alexis román profesor: flavio serey universidad de...

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