2 la regulación primaria de frecuencia de una red electrica

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Cliente
COES - SINAC Perú
Asunto
REGULACIÓN PRIMARIA DE LA FRECUENCIA EN EL SEIN
Selección y Determinación de un Orden de Mérito de las Unidades de Generación con
Referencia a la Regulación Primaria de la Frecuencia del Sistema
Pedido
Contrato N° 011-2004 - COES-SINAC
Pruebas Dinámicas para la Regulación de frecuencia de las Unidades de Generación del
Sistema Eléctrico Interconectado Nacional
Notas
Revisión 0.0
Mod. RAPP v. 01
La reproducción parcial de este documento se permite sólo con el permiso escrito del CESI.
N. de paginas
22
Fecha
31 Marzo 2005
Elaborado
B.U. RETE & TD - SC
V. Lotto, F. Vago; P. Calabrese, G. Tagliabue
Verificado
B.U. RETE & TD - SC
V. Prandoni
Aprobado
B.U. RETE & TD
A. Ardito
CESI
Centro Elettrotecnico
Sperimentale Italiano
Giacinto Motta SpA
N. de paginas fuera del texto
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SUMARIO
1.
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 4
1.1
2
PLANTAS Y UNIDADES INVOLUCRADAS EN LA ACTIVIDAD ................................................................ 4
LA REGULACIÓN PRIMARIA DE FRECUENCIA DE UNA RED ELECTRICA............................... 5
2.1
INFORMACIÓN GENERAL .............................................................................................................. 5
3
DATOS MÁS IMPORTANTES DE LAS UNIDADES SOMETIDAS A LAS PRUEBAS ................... 8
4
LISTA DE MÉRITOS DE LAS UNIDADES ...................................................................................... 10
4.1
INDICACIONES PARA LAS PLANTAS .............................................................................................. 12
4.2
COORDINACIÓN DE LOS ESTATISMO Y LA RESERVA ROTANTE. ..................................................... 12
5
COMPORTAMIENTO DE LA RED NORTE AISLADA ................................................................... 13
6
ANEXO ............................................................................................................................................. 14
7
NOTAS ............................................................................................................................................. 19
7.1
7.1.1
7.2
OBSERVACIONES AL ESTUDIO DE ETEVENSA ............................................................................ 19
Planta TG Ventanilla ........................................................................................................... 19
OBSERVACIONES AL ESTUDIO DE ENERSUR ............................................................................. 21
7.2.1
Planta TV ILO 2 .................................................................................................................. 21
7.2.2
Planta TV ILO 1 .................................................................................................................. 22
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HISTORIA DE LAS REVISIONES
Número de Fecha
la revisión
0.0
31/03/2005
Protocolo
Lista de los modificaciones
A5011877
Primera edición
Page Break
A5011877
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1.
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INTRODUCCIÓN
En el periodo comprendido entre el 15 de noviembre de 2004 y el 30 de enero de 2005 CESI , por
encargo de COES, realizó una serie de pruebas a las principales unidades de generación eléctrica del
SEIN, para determinar sus características dinámicas asociadas a la regulación de frecuencia.
De acuerdo a los resultados de las pruebas y de la información reunida, CESI ha elaborado una lista de
méritos de las unidades que cumplan con los requisitos técnicos para efectuar la Regulación Primaria de
Frecuencia (RPF) del SEIN y las indicaciones para eventuales modificaciones básicas que permitan
mejorar la coordinación de los estatismo y criterios para la distribución de la participación de las
unidades de generación en la reserva rotante del SEIN.
También se han efectuado mediciones para caracterizar el comportamiento de la frecuencia en el Área
Operativa Norte, aislada del SEIN debido a la salida de servicio de la línea de 220 kV ChimboteParamonga (L-2215), y los resultados han permitidos de proponer recomendaciones de los cambios
básicos en la asignación de la reserva rotante y estatismo permanente en las centrales de la zona, para
mejorar la regulación de frecuencia
En este informe se resumen todas las informaciones, los datos y los criterios usados para proporcionar
una exacta definición
1.1
Plantas y Unidades Involucradas en la Actividad
Se han realizado las pruebas dinámicas a las siguientes unidades de generación del SEIN :
PLANTA
N° de Unidades
en Prueba
Periodo de Prueba
Archivos resultados
obtenidos
C.H. Huinco
4 unidades
de 16/11 hasta 22/11 - 2004
Huinco_informe_final.pdf
C.H. Matucana
2 unidades
de 23/11 hasta 26/11 - 2004
Matucana_informe_final.pdf
C.T. ILO 2
1 unidad
de 29/11 hasta 04/12 – 2004
Ilo2_informe_final.pdf
C.H. Malpaso
4 unidades
de 16/11 hasta 21/11 – 2004
Malpaso_informe_final.pdf
C.H. Chimay
2 unidades
de 22/11 hasta 27/11 – 2004
Chimay_informe_final.pdf
C.H. Charcani V
3 unidades
de 29/11 hasta 04/12 – 2004
CharcaniV_informe_final.pdf
C.T. Ilo1
4 unidades
de 14/01 hasta 19/01 - 2005
Ilo1_informe_final.pdf
C.H. San Gaban II
2 unidades
de 23/01 hasta 26/01 – 2005
SanGaban_informe_final.pdf
C.T. Ventanilla
2 unidades
de 29/01 hasta 31/01 – 2005
Vantanilla_informe_final.pdf
C.T. Malacas
1 unidades
de 13/01 hasta 15/01 – 2005
Malacas_informe_final.pdf
C.T. Aguaytia
2 unidades
de 18/01 hasta 20/01 – 2005
Aguaytia_informe_final.pdf
C.H. Mantaro
7 unidades
de 25/01 hasta 28/01 - 2005
Mantaro_informe_final.pdf
14/01/2005
RedNorte_informe_final.pdf
Red NORTE aislada
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Informe
2
2.1
LA REGULACIÓN
ELECTRICA
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PRIMARIA
DE
Aprobado
FRECUENCIA
DE
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UNA
RED
Información General
En un sistema a varios grupos en función en el sincronismo, la conexión entre ellos está, como él es
conocido, de tipo elástico, es decir que puede ser presente una oscilación amortiguada o no ( de
potencia/frecuencia/tensión ), con frecuencias inclusivas entre 1 y 2 Hz.
Desde la banda de frecuencia que interesa los problemas de regulación de la frecuencia de la red es
inferior (0.3–0.7 rad/s).
Para las evaluaciones de los problemas de la regulación primaria de frecuencia es usual y conveniente
considerar una unión rígida entre los generadores, y en consecuencia admitir que el valor de la
frecuencia en todos los puntos de la red debe ser la misma instante por instante.
Adoptando un sistema de este tipo, con los pasajes matemáticos oportunos, mostrados en el Anexo que
sigue, se puede decir que:
 En presencia de una perturbación a escalón todos los grupos de la red compiten para enfrentar tal
perturbación, inicialmente a través de un escalón de potencia que es más pequeña como mayor es la
dimensión de la red
Consideraciones : de aquí la importancia de las interconexiones gracias a que todos los grupos de la
red , también los distantes, contribuyen para enfrentar la perturbación con la energía cinética
contenida en la inercia.
 Las variaciones de cargas son escalones y aparecen sin retraso, en los límites en que es válida la
hipótesis del sistema rígido.
Consideraciones : no obstante que en la realidad, para una red grande, los retrasos con que las
variaciones de potencia también aparecen en los grupos distantes de la perturbación normalmente
son bastante más pequeños comparados con la dinámica típica de la regulación de frecuencia.
 Las perturbaciones relativas de los grupos en la parte inicial del transitorio son proporcionales a las
inercias relativas. En la fase siguiente del transitorio inmediatamente se hace sentir la acción de los
reguladores de velocidad.
Consideraciones :es importante que los grupos tengan un valor elevado de inercia y que la dinámica
del sistema de regulación de velocidad sea la mayor posible
 A un transitorio completó, permanece un error de frecuencia, consiguiente a una perturbación de
Pc, que es más pequeño como grande es la energía regulante de todo el sistema interconectado.
Consideraciones :es importante que todos los grupos conectados den una contribución conveniente
a la regulación y que los estatismos que definen la entidad relativa de la participación a régimen de
los grupos , sean pequeños para los grupos más importantes
 Para las perturbaciones pequeñas, puede pasar que, la variación de frecuencia tiene un valor debajo
de uno “el umbral de insensibilidad.” La tal insensibilidad puede ser causada por el desgaste ( juegos
) en la parte mecánica. En algunos reguladores existe la posibilidad de introducir un umbral
ajustable deliberadamente (zona muerta). , para que el grupo quede insensible a las fluctuaciones de
amplitud pequeña de la frecuencia.
Consideraciones : es importante que el sistema no tenga insensibilidad y zona muerta, porque en
este caso los grupos están insensibles a las fluctuaciones de amplitud pequeña y normal de la
frecuencia reduciendo la calidad del servicio. En un sistema interconectado, los valores de las
insensibilidades admisibles, deben ser objeto de acuerdos entre el “los actores” de la interconexión.
 En el pasaje de la condición inicial a las condición de régimen, en función de la regulación primaria
de frecuencia, la división de la perturbación entre los grupos es determinado por la respuesta
dinámica de los sistemas de regulación.
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Consideraciones : si la respuesta de algunos sistemas es más lenta que otros, la contribución de la
demanda a los grupos con los reguladores más rápidos son transitoriamente más importantes.
 Siguiendo una perturbación de la carga, la división de la potencia entre las varias áreas de la red
puede ser diferente, y por consiguiente pueden variar las potencias de intercambio entre las áreas
interconectadas, ambos en la fase transitoria y de régimen.
Consideraciones : en este caso, con tiempos más lentos de la regulación primaria de frecuencia debe
intervenir la regulación “secundaria” para traer la frecuencia al valor nominal y el valor de la
potencia de intercambio a los valores programados.
La contribución a la regulación primaria de frecuencia es diferente según la tipología de planta. Como
ya describió, los aspectos más importantes por considerar, que derivan los criterios principales para la
definición de una lista de mérito de las plantas, son:
1. La rapidez de respuesta de los sistemas de control
2. La potencia disponible para la regulación de frecuencia
3. La ausencia de insensibilidad y/o banda muerta.
Con referencia al primer punto se observa, que:
 Las plantas hidráulicas tienen una dinámica limitada en el régimen lineal (debido a la constante
de tiempo del estatismo que es más grande cuánto más pequeño es el valor del estatismo) que
para las variaciones grandes (particularmente para las turbinas Pelton dónde el tiempo de
maniobra de los inyectores es bastante largo)
 Las plantas térmicas que trabajan en modo coordinado son más rápidas
 Las plantas turbogas son mucho más rápidas , por que la turbina no introduce grandes retrasos.
Para hacer evidente estas observaciones, se traen los transitorios simulado de las plantas citadas sobre
simulando una función de trasferencia típica y el mismo valor de estatismo permanente (5 % ) en
respuesta a un escalón de frecuencia del 1 %.
0,20
Pe(pu)
0,18
0,15
C.TG.
0,13
0,10
C.T.
0,08
0,05
C.H.
0,03
0,00
0,0
0,20
10,0
20,0
30,0
40,0 sec
50,0
200,0
300,0
400,0 sec
500,0
Pe(pu)
0,18
0,15
C.TG.
0,13
0,10
C.T.
0,08
C.H.
0,05
0,03
0,00
0,0
100,0
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Aprobado
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Con referencia al segundo punto se observa, que:
 La planta hidráulica no tiene limitaciones de ningún tipo porque normalmente puede operar sin
problemas en el rango 0-100%; se puede encontrar problemas en algunas turbinas Francis y
Kaplan, dónde para los fenómenos de cavitación no es posible operar debajo de un valor
prefijado definido como el mínimo técnico.
 La planta térmica, para los problemas de limitación normalmente debidos al control de la
caldera no admite variaciones rápidas superiores al 5-10% de la potencia nominal. Es posible
obtener una participación mayor en las plantas que tengan una reserva de energía en el colector.
 Teóricamente la planta turbogas no tiene ninguna limitación
Teniendo en cuenta las consideraciones efectuadas se puede concluir que técnicamente las plantas
hidráulicas son las más apropiadas para la regulación de la frecuencia porque no teniendo problemas
relacionado a la fuente primaria de energía, permiten variaciones de carga suficientemente rápidas en un
rango muy ancho.
Lo mismo se puede afirmar para las turbinas de Gas, aún cuando por razones de rendimiento, y por
consiguiente de costos, normalmente estas plantas se manejan a valor máximo de potencia producida y
por consiguiente sin demasiada reserva de energía regulante.
Menos apropiadas para la regulación son las plantas térmicas, que introducen una buena dinámica pero
un rango de variación rápida de la carga limitadas por los problemas de control de la caldera.
Está claro que las diferencias técnicas entre este tipo de plantas, en frente de los problemas de la
regulación primaria de frecuencia, se pueden reducir mucho; considerando que más energía regulante
está presente en la red mas contenidas serán las variaciones de frecuencia y por consiguiente las
variaciones de potencia producida para las plantas, para asegurar una buena calidad del servicio.
CESI
Informe
3
Aprobado
DATOS MÁS IMPORTANTES DE LAS UNIDADES SOMETIDAS A LAS
PRUEBAS
PLANTA
Unidad
y
(MW)
Gr1 x 55
Gr2 x 55
Gr1 x 65
Gr3 x 65
C.H. Huinco
Gr4 x 65
Gr2 x 65
Gr1 x 114
Gr2 x 114
Gr3 x 114
C.H.
Gr4 x 114
Mantaro
Gr5 x 114
Gr6 x 114
Gr7 x 114
Gr1 x 60
C.H.
Matucana
Gr2 x 60
Gr1 x 51
C.H.
Gr2 x 51
Charcani V
Gr3 x 51
Gr1 x 71
C.H.
Chimay
Gr2 x 71
Gr1 x 13
Gr2 x 13
Gr3 x 13
C.H.
Malpaso
Gr4 x 13
C.H. San
Gaban II
C.T.
Ilo1
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TV1x25
TV2x25
TV3x66
TV4x66
Pe
total
(MW
)
Tipo
planta
Tipo
control
Ta
(s)
110
Hidráulica
Pelton
Digital
7.5
260
Hidráulica
Pelton
Electro
hidráulico
6.8
Digital
798
Hidráulica
Pelton
Digital
9
120
Hidráulica
Pelton
Electro
hidráulico
8
153
Hidráulica
Pelton
Electro
hidráulico
6.8
142
Hidráulica
Francis
Digital
7.4
52
Hidráulica
Francis
Mecánico
7
bp
Banda Insensi
experim. muerta bilidad
(%)
(mHz) (mHz)
5,8
5,95
0,72
1
1.25
1.54
9
1,2
1,7
5
4
3
X
3
2
X
0
0
182
10.5
Digital
10.5
Térmica
4.5
7.4
5.7
5
< 50
< 50
±200
0
X
0
< 50
0
< 50
X
> 200
0
2
Mecánico
Notas
< 50
< 50
> 200
< 50
0
< 50
No ha sido posible
evaluar la
insensibilidad
porque el tiempo de
muestra de 5 s es
demasiado grande
para observar
variaciones de
frecuencia y de
potencia pequeñas
No ha sido posible
evaluar estatismo y
banda muerta
el grupo 3 no
responde en modo
regular a las
variaciones de
frecuencia de la
red, probablemente
por la presencia de
una insensibilidad
muy elevada
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Informe
PLANTA
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Unidad
y
(MW)
C.T.
ILO 2
1 x 135
C.T.
Malacas
Pe
total
(MW
)
Tipo
planta
Tipo
control
Ta
(s)
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Aprobado
bp
Banda Insensi
experim. muerta bilidad
(%)
(mHz) (mHz)
15.5
135
Térmica
a carbón
Digital
1 x 96
96
Turbogas
simple
C.T.
Aguaytia
2 x 96
192
C.T.
Ventanilla
2 x 150
300
10.2
(con 2
pulverizador
es )
0
< 50
Digital
11.7
X
±500
X
Turbogas
simple
Digital
11.7
X
±1000
X
Turbogas
simple
Digital
X
X
±500
X
Notas
El grupo tiene un
rango de potencia
por participar a la
regulación de
frecuencia igual a
±5,8 MW (±0.31
Hz)
Para
la
no
disponibilidad de la
planta no ha sido
posible
efectuar
una
evaluación
experimental de las
características
dinámicas.
Para
la
no
disponibilidad de la
planta no ha sido
posible
efectuar
una
evaluación
experimental de las
características
dinámicas.
Para
la
no
disponibilidad de la
planta no ha sido
posible
efectuar
una
evaluación
experimental de las
características
dinámicas.
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LISTA DE MÉRITOS DE LAS UNIDADES
La siguiente es la Lista de Mérito de las Unidades de Producción más importantes del SEIN sometidas a
las Pruebas y ha sido formulada en base a las consideraciones y criterios expuestos sobre los problemas
de la Regulación Primaria de Frecuencia
Orden
de
Merito
1
2
3
4
5
PLANTA
Observaciones
Comportamiento satisfactorio de los reguladores de velocidad de los grupos 1-3-4 en respecto
a la regulación primaria de frecuencia. De las pruebas se obtiene un valor del estatismo
permanente correspondiente al valor de ajuste y una insensibilidad inferior a 50 mHz.
C.H.
Para el grupo 2 se encuentra una banda muerta con un valor de ajuste de ± 200 mHz que
Huinco limita fuertemente la contribución de este grupo a la regulación primaria de frecuencia.
Sin embargo, se precisa para que no exista ningún problema se debe poner el valor de ajuste
de la banda muerta del grupo 2 a cero. En este caso el grupo tiene un comportamiento igual a
los otros tres como demuestran los resultados obtenido en las pruebas.
Comportamiento satisfactorio de los reguladores de velocidad de los grupos con respecto a la
regulación primaria de frecuencia. De las pruebas se obtiene un valor del estatismo
C.H. San
permanente correspondiente al valor de ajuste y una insensibilidad inferior a 50 mHz.
Gaban II Es posible reducir, sin problema, el valor de estatismo permanente si esto es necesario por
exigencia de la red.
Comportamiento satisfactorio de los reguladores de velocidad de los grupos con respecto a la
regulación primaria de frecuencia. De las pruebas se obtiene un valor del estatismo
C.H.
permanente correspondiente al valor de ajuste y una insensibilidad inferior a 50 mHz.
Mantaro Es posible reducir, sin problema, el valor de estatismo permanente si esto es necesario por
exigencia de la red.
Comportamiento satisfactorio de los reguladores de velocidad de los grupos con respecto a la
C.H.
regulación primaria de frecuencia. De las pruebas se obtiene un valor del estatismo
Matucana permanente correspondiente al valor de ajuste y una insensibilidad inferior a 50 mHz.
C.H.
Comportamiento satisfactorio de los reguladores de velocidad de los grupos en respecto a la
Charcani regulación primaria de frecuencia. La insensibilidad resulta inferior a 50 mHz.
V
6
C.T. Ilo1
7
C.T. Ilo2
La planta desarrolla un servicio suficientemente adecuado a la regulación primaria de
frecuencia. El comportamiento dinámico de la TV4 es diferente de la TV3; esto se debe a una
diferente versión del software. Se puede solucionar poniendo a la TV4 el software de la TV3
. Las pruebas han mostrado que el control de la caldera marcha bien sin problemas en la
regulación de frecuencia primaria de la red; las variaciones medianamente presentes pueden
ser compensados por el colector de vapor porque el colector es una reserva de energía muy
elevada
Los resultados conseguidos muestran una conducta en cuanto bastante del sistema de control
de la frecuencia comparado con la exigencia de la regulación primaria. Tal juicio se debe al
valor elevado de el estatismo y el tipo de contribución que, a consecuencia del esquema
particular de control adoptado, resulta de tipo transitorio. La insensibilidad medida es inferior
a 50 mHz.
Como es mostrado por las pruebas, el comportamiento del grupo puede ser mejorado
entrenando el canal de frequency-bias presente en el software del sistema.
La contribución a la regulación primaria con el frequency-bias resulta sin embargo limitado
en el campo de funcionamiento con 2 pulverizadores.
Las pruebas han mostrado que el control de la caldera marcha bien sin problemas en la
regulación de frecuencia primaria de la red en frente a las variaciones actual de frecuencia.
La acción de la regulación de la frecuencia debe ser claramente limitada como una
contribución máxima de variación de potencia con el propósito no arriesgar la regulación
automática de la caldera.
De las pruebas con el canal de frequency-bias activado se obtiene que la planta puede
funcionar sin problemas con un valor del estatismo permanente del 5 % (correspondiente al
valor de ajuste)
CESI
Informe
Orden
de
Merito
8
9
10
RETE Trasmissione & Distribuzione
PLANTA
Aprobado
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Observaciones
Los resultados muestran un comportamiento no satisfactorio de los reguladores de velocidad
de los grupos en respecto a la regulación primaria de frecuencia. De las pruebas se obtiene
que, principalmente por la presencia de un valor elevado de ajuste de la banda muerta,
superior a las variaciones normales de la frecuencia de la red los grupos de las Plantas no
contribuyen a la regulación primaria de frecuencia.
De un punto de vista teórico no existen problemas para reducir el valor de la banda muerta a
C.T.
cero e introducir un valor de estatismo que puede ser de 4-5%; aceptando un rango limitado
Ventanilla de potencia disponible a la regulación. En esto caso, la plantas pueden mejorar el orden de
mérito y ponerse después de las plantas hidráulicas.
Los resultados conseguidos muestran una conducta no buena del sistema de control de la
frecuencia. En ambos grupos se detecta un valor de estatismo infinito por la presencia de una
elevada insensibilidad (mayor de 200 mHz) que es muy probablemente identificable con una
C.H.
banda muerta del sistema de control. Pero, no habiendo sido posible efectuar pruebas de
Chimay respuesta en frecuencia y al escalón de referencia, la identificación de esta banda muerta no
ha sido comprobada de forma experimental. En esta condición la planta no participa a la
regulación primaria de frecuencia
Los resultados conseguidos muestran un comportamiento satisfactorio de los reguladores de
velocidad de los grupos Gr2, Gr2 y Gr4 en respecto a la regulación primaria de frecuencia.
Para el grupo Gr3 se encuentra una larga insensibilidad que limita fuertemente la
C.H.
Malpaso contribución de esta máquina a la regulación primaria de frecuencia. De todos modo,
teniendo en cuenta el bajo valor de potencia rotante el orden de mérito es muy bajo y no se
justifica una sustitución de los reguladores mecánicos
C.T.
Malacas
C.T.
Aguaytia
La clasificación compilada se funda en la subdivisión de las plantas en función de su tipología. Como ya
especificó, teniendo en cuenta todos los aspectos funcionales, los mejores plantas fijadas a la regulación
primaria de frecuencia son las plantas hidroeléctricas.
Porque, con la excepción de Chimay y Malpaso , ha sido verificada experimentalmente una buena
funcionalidad, su clasificación en la lista de mérito puede definirse principalmente en función de sus
potencia rotante y de posibles problemas de naturaleza económica.
Las plantas con turbogas siguen en el orden aún cuando no ha sido posible verificar sus funcionalidad
experimentalmente. Pero teniendo en cuenta que normalmente plantas de la misma tipología se usan
normalmente para el servicio de regulación primaria de frecuencia, no se tienen elementos técnicos que
muestran la imposibilidad de desarrollar tal servicio.
En ultima posición están las plantas de vapor en consecuencia de la necesidad de limitar el rango de
variación de la potencia disponible para la regulación; esto es un aspecto importante porque en
fenómenos de saturación (como el logro de los límites de potencia) constituyen de hecho una reducción
de la potencia regulante del sistema. Esta limitación puede ser muy critica en particular en frente de
variaciones de frecuencia muy anchas.
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Informe
4.1
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Indicaciones para las Plantas
PLANTA
C.H.
Huinco
C.H. San
Gaban II
C.H.
Mantaro
C.H.
Matucana
Indicaciones
Con referencia al regulador EM58 se puede pensar a una substitución en vista de una
modernización de la automatización de las plantas también considerando la posibilidad de la
introducción de una forma de regulación secundaria de frecuencia. Por el grupo número 2 se
recomienda poner a cero el valor de ajuste de la banda muerta
Con referencia al problema de las oscilaciones electromecánicas, se recomienda de operar las
unidades en anillo de apertura
La planta, con referencia a los datos que fue posible lograr, tiene un valor de estatismo
permanente bastante elevado. Claramente este valor puede ser reducido sin problema; se
recomienda de utilizar los grupos sin limitación de carga.
Con referencia al regulador EM58 se puede pensar a una substitución en vista de una
modernización de la automatización de las plantas también considerando la posibilidad de la
introducción de una forma de regulación secundaria de frecuencia
C.H.
La planta no tiene algún problema. El desempeño en la regulación de frecuencia es bueno.
Charcani V
C.H.
Chimay
C.T.
Malacas
C.T.
Aguaytia
C.T.
Ventanilla
C.T. Ilo1
C.T. Ilo2
C.H.
Malpaso
4.2
En ambos grupos se detecta un valor de estatismo infinito por la presencia de una elevada
insensibilidad (mayor a 200 mHz) que probablemente es identificable con una banda muerta
del sistema de control. Pero no ha sido posible efectuar las pruebas especificas sobre el
sistema de control, se necesita investigar sobre este asunto y evaluar un cambio de los valores
de los parámetros de control.
Permaneciendo este tipo de desempeño, los grupos de Chimay no pueden suministrar alguna
contribución a la regulación primaria de la red.
Las plantas en la practica no desarrollan el servicio de regulación primaria de frecuencia, por
la presencia de una banda muerta con un valor de ajuste demasiado grande.
Sin embargo, cuando la frecuencia de la red es mas ancha del valor de tal banda, este plantas ,
a demostración que no tiene algún problemas, regulan variaciones de potencia que también
puede ser muy anchas. Por consiguiente debería ser posible poner a cero el valor de la banda
muerta y contribuir, con variaciones de potencia que están mas contenidas, a la regulación de
la frecuencia de la red para mejorar notablemente la calidad del servicio.
Para los grupos con reguladores mecánicos se consulta la substitución con una reflexión de
esta oportunidad teniendo en cuenta el bajo valor de energía regulante de los grupos.
El comportamiento dinámico del TV4 es diferente del TV3; esto se debe a diferentes versión
de software. Se puede solucionar poniendo a la TV4 el software de la TV3
Para mejorar la contribución a la regulación se recomienda introducir el dispositivo de
Frequency Bias; sin embargo este dispositivo se debe desconectar cuando la unidad trabaja
debajo de los 70 MW.
Con referencia a los reguladores mecánicos se recomienda la substitución con una reflexión
de esta oportunidad teniendo en cuenta el bajo valor de energía regulante de los grupos.
Coordinación de los Estatismo y la Reserva Rotante.
El principio básico para una acción correcta de regulación primaria de frecuencia es la participación
masiva de las plantas con el propósito de aumentar lo más posible la potencia rotante del sistema.
Esto simplifica mucho los problemas de coordinación del valor de estatismo y hace más segura la
contribución de la reserva rotante, en particular para hacer frente a situaciones de emergencia que en el
caso de perturbaciones grandes de carga en la red podrían traer el derrumbamiento de la misma.
Además, frente a las mismas perturbaciones en la red, las variaciones de potencia para cada planta están
reducidas con aumentar del número de grupos que participen en la regulación de frecuencia.
La presencia de un número limitado de grupos reguladores, fuerza a los mismos a operar con una reserva
rotante ancha y con valores muy pequeños de estatismo permanente, no sólo castigando la dirección
económica de la planta sino con la respuesta dinámica de los sistemas de control con los riesgos grandes
de saturación de la energía regulante y la posibilidad consecuente de un black-out de la red .
CESI
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En un sistema que puede tener un valor de potencia rotante ancha como es el caso del SEIN, y donde se
contienen las variaciones de frecuencia medianamente en un rango de ± 200 mHz, se puede pensar que
en todas las plantas hidroeléctricas sometidas a las pruebas, adopten un valor de estatismo igual para
todas las unidades en el orden del 4%.
Para las plantas térmicas y turbogas se puede pensar en un valor de estatismo ligeramente más elevado
(6%), limitando para estas plantas, las variaciones de potencia producida.
El valor de la reserva rotante debe tener en cuenta todo el sistema eléctrico. Normalmente está es
calculada en rechazo de carga y/o en el valor de potencia por el grupo más grande conectado a la Red.
Esta reserva se debe distribuir en todos los grupos que participan en la regulación de frecuencia.
5
COMPORTAMIENTO DE LA RED NORTE AISLADA
Se han efectuado las pruebas de red aislada con una configuración de red que tenía una potencia de las
cargas locales alrededor de 350MW y prácticamente con sólo tres grupos en regulación de frecuencia en
la planta de Carhuaquero. A la apertura de la interconexión con el SEIN, en el funcionamiento en red
aislada, se encuentran variaciones de frecuencia con un valor muy elevado y no compatible con una
buena calidad del servicio. Además se pueden encontrar también protecciones de sobre y bajo valor de
frecuencia en algunas de las plantas que pueden provocar la caída del servicio y consecuentemente el
probable apagón de toda la red.
Todo esto por una insuficiente presencia en la red Norte de una energía de regulación.
Claramente el servicio puede ser mejorado poniendo en regulación de frecuencia más plantas como la
Central Cañon del Pato y/o de Malacas , conteniendo las variaciones de frecuencia entre un valor similar
al valor que se encuentra con la red conectada al SEIN.
CESI
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6
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ANEXO
Para un sistema de red con modelo rígido se puede adoptar el siguiente esquema bloque
 Pe i
 Pn i
-
-
Gi(s)
+
+
1
sTa i
Reg. y turb. i
 Pe j
 Pn j
 r i
n i
 Pe =  Pc
-
-
Gj(s)
+
f
fn
+
1
sTa j
Reg. y turb. j
 r j
n j
Figura–Esquema bloques de la regulación de frecuencia en una red con conexión rígida entre los grupos
generadores
Las funciones de transferencia f.d.t. Gi..j (s) entre el error de frecuencia y potencia mecánica incluyen el
regulador de velocidad y la turbina y pueden también ser definidas como :
Gi.. j ( s) 
1
Ci.. j ( s)
bpi.. j
Con la hipótesis que Ci..j (0) = 1 y la ganancia estática del regulador es diferente de cero se puede escribir
:
Gi.. j ( s) 
1
bpi.. j
donde el parámetro “bp” se define normalmente “el estatismo permanente.”
Con la referencia al esquema a bloques de Figura 1 se observa que las variaciones Pc de las cargas se
dividen entre las potencia eléctrica Pei generada por los diversos grupos, para que también en el
transitorio se tenga:
Pc   Pe
i
CESI
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Para cada grupo se tiene por consiguiente:

 Pn
1
Pei   s Tai 
Ci s   i f
bpi

 fn
Eq.
y agregando por consiguiente:

 f
Pn
Pc   s  Tai Pni   i Ci s  
i bpi
 i
 fn
Eq.
o más bien:
f  GN' Pc
Eq.
habiendo puesto:
fn
G N' 
Eq.
Pn
s  Tai Pni   i Ci s 
i
i bpi
El G’N expresa la respuesta de la red a una perturbación Pc; con el modelo adoptado (el sistema rígido)
la tal respuesta es independiente del punto de perturbación; esto porque la red está reducida en un único
nudo que es el punto de conexión de todas las unidades de producción y todas las cargas.
En tal caso es oportuno tener en cuenta la influencia de las cargas rotantes, conectadas con los
generadores, como inercia y como posible dependencia de la frecuencia.
Para tener en cuenta la inercia de las cargas rotantes es necesario agregar en el (Eq. 2) al factor :
Ta
i
Pni
i
la cantidad:
Tc
j
Pcnj
j
donde los Pcnj son las potencias de referencia por cada carga y los Tcj se definen de la manera análoga al
Tai. Esto quiere definir un tiempo de aceleración global de la red:
Tat 
s Tai Pni  Tc j Pcnj
i
j
Prt
Prt representa la “potencia rotante“ de la red.
; Prt   Pni
i
Eq.
CESI
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Para tener entonces en cuenta alguna variaciones de las cargas con la frecuencia, es necesario
reemplazar en el (Eq. 4) G’N con la expresión siguiente:
GN 
fn
Pn
Pr
s Tat Prt   i Ci s   t
bc
i bpi
Eq.
donde el parámetro bc (“ estatismo natural de la red”) también en referencia a Pr t, se define por le
expresión siguiente :
1
1

bc Prt
Pc j
 bc
j
Eq.
j
En el caso de las cargas, se retiene para poder descuidar la dinámica en la respuesta a la variación de
frecuencia, y por consiguiente se define su efecto en la regulación completamente del parámetro bcl.
Su valor es normalmente incluido entre 0.5 y 1 mientras los valores de bp son de un orden de grandeza
más pequeño; por consiguiente la contribución del estatismo natural a la regulación de la frecuencia de
la red se vuelve el solo importante cuando los grupos generadores más importantes saturan en potencia
regulante.
El GN(s) definió por (Eq. 7) corresponde al la f.d.t. en anillo cerrado del esquema a bloques traído en la
Figura 2.
-  Pc
+
fn
f
s Pr tTa t
-
-1
fn
+
i
Pn i
C i (s)
bp i
Pc i
j
bc j
Figura–Anillo de regulación de frecuencia en una red con muchos generadores
Teniendo en cuenta la (Eq. 1) y (Eq. 6) se tiene:
1
Ci ( s)
Pei
bpi
Pc

Pni
1
1 P rt
Pni
s Tat 
Ci s  

P rt i bpi
bc
s Tai 
Eq.
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La dinámica del Ci(s) está limitada; de hecho:
lim
s 
Ci ( s )  0
Entonces, aplicando el teorema del valor inicial, suponiendo que Pc es un escalón , se consigue:
 Pe i

 Pn i

Tai


 t 0 Tat
Pc
Prt
Eq.
 Pei / Pni 
Tai



 Pe / Pn 
Ta j
j
j  t 0 

Al régimen ( por s  0 ) se tendrá en cambio
 Pe i

 Pn i

1 / bp i
 
 t  1 / bp t
Pc
Prt
Eq.
 Pei / Pni 

  1 / bpi
 Pe / Pn 
1 / bp j
j
j  t 

Donde es fijo:
1

bpt
 Pn / bp 
i
i
i
Prt

1
bc
Eq.
Teniendo en cuenta también el (Eq. 6) y el (Eq. 11 ):
Er 
1
G N 0

1 Prt
bpt f n
MW / Hz
Eq.
La cantidad Er se dice “energía regulante ”. Recordando además que :
f  GN Pc
Se consigue:
f t   
Pc
Er
Eq.
Igualmente puede definirse “energía regulante natural” la cantidad siguiente:
Ern 
1 Prt
bc f n
MW / Hz
Eq.
CESI
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De primera ecuación del (Eq. 9) se tiene que, en la presencia de una perturbación a escalón todos los
grupos de la red compiten para enfrentar tal perturbación, inicialmente a través de un escalón de
potencia que es más pequeño como mayor es el de la red ; de aquí la importancia de las interconexiones
gracias a que todos los grupos de la red , también distante, contribuyen para enfrentar la perturbación
con la energía cinética contenida en la inercia.
Las variaciones Pei son escalones y aparecen sin retraso, en los límites en que es válida la hipótesis de
sistema rígido; no obstante en la realidad, para una grande red, los retrasos con que las variaciones de
potencia también aparecen en los grupos muy distante de la perturbación normalmente son bastante
pequeños comparados con la dinámica típico de la regulación de frecuencia.
La segunda ecuación del (Eq. 9) muestra que las perturbaciones relativas de los grupos en la parte
inicial del transitorio son proporcionales a las inercias relativas.
En la fase siguiente del transitorio inmediatamente se hace sentir la acción de los reguladores de
velocidad.
La (Eq. 13) muestra que, a transitorio completó, permanece un error de frecuencia, consiguiente a una
perturbación de Pc, que es muy más pequeño como grande es las energía regulante de todo sistema
interconectado, y es por consiguiente importante que todos los grupos den una contribución conveniente
a la regulación.
Las (Eq. 11) y (Eq. 13) señalan la necesidad que los estatismos bpi que definen la entidad relativa de la
participación a régimen de los grupos , son demasiados pequeños para los grupos más importantes.
Esto no pasa para los grupos que trabajan “bajo el limitador” para que el valor de bpi se considere
infinito.
Si un grupo bajo limitador , debido a una perturbación, viene a estar en una red aislada, quita de la red la
ayuda del grupo a la regulación de frecuencia y puede entonces favorecer al derrumbamiento del sistema
si hay un déficit de potencia producida.
También puede pasar que, para las perturbaciones pequeñas, la variación de frecuencia tenga un valor
debajo de uno “el umbral de insensibilidad.” La tal insensibilidad puede ser causada por juegos de los
órganos mecánicos. En algunos reguladores esta la posibilidad de introducir un umbral ajustable
deliberadamente, para que el grupo esté insensible a las fluctuaciones de amplitud pequeña de la
frecuencia.
En un sistema interconectado, los valores de las insensibilidades admisibles, deben ser objeto de
acuerdos entre el “los compañeros” de la interconexión.
En el pasaje de la condición inicial a las condición de régimen, en función de la regulación primaria de
frecuencia, la división de la perturbación entre los grupos es determinado por la respuesta dinámica de
los sistemas de regulación; si la respuesta de algunos sistemas es más lenta que otros, la contribución de
la demanda a los grupos con los reguladores más rápidos está transitoriamente más importante: en un
funcionamiento en una red pequeña, una perturbación notable puede causar un problema transitorio no
tolerable de los grupos involucrados, particularmente si los grupos son térmicos (p.e. un descenso de la
frecuencia a un valor inferior a aquéllos admitidos para esta tipología de grupos)
Siguiendo una perturbación de la carga, la división de la potencia entre las varias área de la red puede
ser diferente, y por consiguiente pueden variar las potencia intercambio entre las áreas interconectadas,
ambos en la fase transitoria y al régimen; con un tiempos más lentos de la regulación primaria de
frecuencia interviene la regulación “secundaria” para traer la frecuencia al valor nominal y el valor de la
potencia de intercambio a los valores programados.
CESI
Informe
7
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NOTAS
Nosotros retenemos oportuno traer en el informe final, las observaciones alcanzadas por algunas
sociedades eléctricas a los resultados obtenidos para las pruebas efectuadas en las propias plantas
Se traen las tales observaciones en forma de tabla que contiene también las consideraciones CESI a el
comentario.
7.1
Observaciones al estudio de ETEVENSA
7.1.1
Planta TG Ventanilla
Informe de referencia : “CENTRAL TÉRMICA DE VENTANILLA (PERÚ) - Pruebas Dinámicas para
la Regulación de Frecuencia”
Párrafo
Dice
Observación Etevensa
“Cada grupo tiene tres Lo señalado en el último párrafo es efectivo
válvulas (piloto, difusión y por cuanto los sistemas acumulan
premix) de suministro de gas condensado, el que debe ser evacuado antes
que trabajan secuencialmente de cambiar los modos de combustión para
y traslapada entre 35 y 60 evitar spreed que causan salida de la unidad.
MW.
El funcionamiento normal de unidades
En esta zona de carga es como estas, debería ser con un mínimo
necesario
realizar técnico de 80 Mw en modo Premix. No es
manualmente
purgas
de efectivo lo de "imposible" como lo dice el
condensados en las líneas de informe, porque se puede efectuar durante
gas por lo cual se hace todo su modo de combustión Premix, desde
imposible
realizar
un los 75 a los 150 Mw
funcionamiento automático del
control de la carga”.
4.1Las unidades se tienen con un setting para
Variación
variaciones de carga de 5 Mw/min y en caso
de la
de ramback esta puede llegar a 12 Mw/min
Carga (en
2Caracteris
ticas
tecnicas
de la
planta
aumento y
reducción
) a la
Máxima
Velocidad
de
Maniobra
4.2
Definició
n de la
Caracterís
tica de
Estatismo
Permanen
te (bp ) y
de la
Insensibili
dad
Es efectivo, estas unidades no están
comisionadas por el tecnólogo para una
regulación primaria de frecuencia
Observación Cesi
“Imposible”
realizar
un
funcionamiento automatico del
control de la carga “En esta
zona de carga” (30 y 60 MW)
CESI
Informe
Párrafo
4.3_
Rechazo
de la
carga
5Conclusio
nes
RETE Trasmissione & Distribuzione
Dice
Aprobado
Observación Etevensa
Existen muchos rechazos de carga para
efectuar los análisis que requiere el CESI y
si hay datos faltantes, CESI deber hacer
saber cuáles son estos para tener
implementado en las unidades los registros
necesarios y que operen cuando estas salgan
intempestivamente por problema interno o
externo. También es efectivo que las
unidades necesitan alrededor de 3 a 4 horas
para volver al sistema, después de una
detención por efectos de estabilización de
temperatura. El tiempo es dependiente de la
temperatura ambiente
No entendemos el término "valor de ajuste
de los parámetros de la función de
transferencia", agradeceremos explicarlo
5Conclusio
nes
Respecto del comentario que se hace con la
palabra "lento", se puede manifestar que es
normal en unidades térmicas en comparación
con las hidráulicas y que son por las
características propias de este tipo de
máquina.
5Conclusio
nes
Estas unidades no hacen regulación primaria
de frecuencia , es posible que contribuyan a
este servicio complementario, si es que el
sistema de regulación de las unidadades se
encontrarán comisionados por el tecnólogo
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Observación Cesi
Para poder recibir datos de los
transitorios de frecuencia y de
potencia
producida
a
consecuencia de un rechazo de
carga es necesario tener
grabaciones con un tiempo de
medida no superior a 100 ms
(preferentemente 50 ms) que al
presente parece no estar
disponible en el sistema SCADA
de la planta
Se entiende el valor de
estatismo permanente, de los
parámetros
proporcional
integral del sistema de control
de potencia y principalmente el
esquema a bloque del sistema de
control de frecuencia-potencia.
Como requerido en otras
ocasiones
En Italia para todas las plantas
térmicas a gas o gasóleo se
requiere una velocidad de
variación de carga no inferior
al 8% al minuto del valor
nominal de la potencia de los
grupos, en el caso de Ventanilla
12 MW/min
CESI
Informe
7.2
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Observaciones al estudio de ENERSUR
7.2.1
Planta TV ILO 2
Informe de referencia : “CENTRAL TÉRMICA DE ILO 2 (PERÚ) - Pruebas Dinámicas para la
Regulación de Frecuencia”
Párrafo
2Caracteris
ticas
tecnicas
de la
planta
2Caracteris
ticas
tecnicas
de la
planta
7Conclusio
nes
Dice
C.T. Ilo2 , ubicada al sur de
ILO al lado del mar en un
lugar sin agua (esta una planta
de desalinización del agua), es
una Central Térmica a carbón.
Cada pulverizador tiene la
capacidad de 75% del caudal
nominal.
Observación ENERSUR
Debe decir: C.T. Ilo2 , ubicada al sur de
ILO , es una Central Térmica a carbón.
Observación Cesi
Correcto
Debe decir: Cada pulverizador tiene la
capacidad de 50% del caudal nominal.
Correcto
Los resultados conseguidos No se entiende con claridad que desea decir,
muestran además de una se podría entender que es distante el
conducta en cuanto bastante comportamiento del sistema de control en
del sistema de control de la comparación de la regulación primaria de
frecuencia comparado con la frecuencia (?)
exigencia de la regulación
primaria
7La
contribución
a
la Incluir también la siguiente observación: La
Conclusio
regulación primaria con el unidad presenta problemas de estabilidad
nes
frequency-bias resulta sin con el uso del frequency Bias cuando opera
embargo limitado en el campo con un pulverizador.
de funcionamiento con 2
pulverizadores.
7De las pruebas se obtiene que El valor de estatismo obtenido fue 5.8% y no
Conclusio
la planta puede funcionar sin 5% como mencionan. Añadir al final del
nes
problemas con un valor del párrafo: cuando está en funcionamiento con
estatismo permanente del 5 % 2 pulverizadores.
(correspondiente al valor de
ajuste) y una insensibilidad
inferior a 50 mHz.
Se entiende “suficientebastante”
Correcto
Correcto
CESI
Informe
7.2.2
RETE Trasmissione & Distribuzione
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Pagina 22/22
Planta TV ILO 1
Informe de referencia : “CENTRAL TÉRMICA DE ILO 1 (PERÚ) - Pruebas Dinámicas para la
Regulación de Frecuencia”
Párrafo
2Caracteris
ticas
tecnicas
de la
planta
Dice
La planta a vapor tiene 5
productores
de
vapor
incluyendo 4 calderas y el
vapor de recuperación que
viene de la fundición/refinería
de cobre “Southern Perú”.
Todos los productores de
vapor están conectados a un
mismo
colector,
que
proporciona las 4 turbinas.
Observación ENERSUR
Debe decir: La planta a vapor tiene 5
productores de vapor que incluyen 4
calderas y el vapor de recuperación que
proviene de la Fundición de cobre de
“Southern Perú”. Todos los productores de
vapor están conectados a un mismo colector,
que suministra a las 4 turbinas.
3.1.4
En la Condición de prueba se hace referencia
al Grupo 3 debiendo ser al Grupo 4
4.2
- asegurando una contribución Eliminar el artículo "el"
Descripci
rápida en frente a grandes
ón
del
Regulador perturbaciones de potencia en
el la Red
Digital
GE
Mark5 (
TV3-TV4
)
4.2
Descripci
ón
del
Regulador
Digital
GE
Mark5 (
TV3-TV4
)
tiene un comportamiento Eliminar la preposición "de"
limitado en las variaciones
rápidas de apertura de la
válvula en el caso del de grupo
4
Observación Cesi
Correcto
Correcto
Correcto
Correcto