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under voltage load shedding, Traducciones de Sistemas Eléctricos

Es la traducción de un articulo científico que respecta a la desconexión de carga por bajo voltaje para hacer frente a una inestabilidad de voltaje

Tipo: Traducciones

2020/2021

Subido el 25/07/2021

jose_maiz100
jose_maiz100 🇻🇪

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Utilizing Under Voltage Load Shedding Strategy to Prevent Delayed Voltage Recovery Problem in
Korean Power System
Resumen
La presencia de cargas de motor de inducción en un sistema de potencia puede causar el
fenómeno de Retraso en la recuperación de voltaje después de la ocurrencia de una falla severa.
Una alta proporción de motor de inducción. Las cargas en el sistema de alimentación pueden
tener una influencia significativa en la estabilidad de la tensión del sistema. Este es El problema
conocido como FIDVR (recuperación de voltaje retardada inducida por falla) es comúnmente
causado por el bloqueo de una pequeña unidad de HVAC (calefacción, ventilación y aire
acondicionado) después de la transmisión o distribución fallo de sistema. Esta recuperación de
voltaje retardada surge de las características dinámicas asociadas con La energía cinética de la
carga del motor de inducción. Este documento propone la UVLS (Carga de bajo voltaje Shedding)
estrategia de control para tratar con FIDVR. Los esquemas basados en UVLS evitan la inestabilidad
del voltaje al deshacerse de la carga y puede ayudar a evitar grandes pérdidas económicas debido
a la amplia cascada interrupciones Este artículo revisa el tema reciente sobre el desprendimiento
de carga bajo voltaje y compara descentralizado esquema de deslastre de carga con esquema de
deslastre de carga convencional. Se aplica la estrategia de deslastre de carga. a un sistema real
para verificar la solución de mitigación FIDVR propuesta. Demostrar la efectividad del método
propuesto para resolver el problema del voltaje retardado recuperación en el sistema de energía
coreano.
Introducción
1. Introducción
Con el crecimiento económico, el aumento de los ingresos y una variedad de aparatos eléctricos
orientados al consumo, los niveles de consumo de energía están aumentando a un ritmo nunca
visto. Si bien el aumento de la demanda de carga industrial es bastante bajo, la proporción de
carga residencial en la carga total ha aumentado significativamente. Cuando el número de
motores de inducción instalados en un sistema aumenta más allá de un cierto límite, puede haber
graves repercusiones en la estabilidad del voltaje del sistema eléctrico. El hecho de que una
proporción significativa de la carga total provenga de cargas de motores de inducción es uno de
los factores de impacto más cruciales en la estabilidad de un sistema de transmisión y distribución
de energía. El mecanismo del FIDVR (Recuperación de tensión retardada inducida por fallas) es
que una vez que una unidad de HVAC (Calefacción, Ventilación y Aire Acondicionado) se dispara y
se apaga después de la ocurrencia de una falla, la tensión permanece a un nivel significativamente
reducido debido a que los motores extraen una excesiva potencia reactiva de la red. A esto le
sigue la desconexión de los condensadores en derivación en respuesta a la reducción de esta
sobretensión, lo que hace que la tensión del sistema se sitúe por debajo del nivel anterior a la
avería. Se ha observado que este tipo de fallo del sistema se produce en zonas residenciales de
América del Norte donde se han instalado pequeñas cargas de motores de inducción como los
acondicionadores de aire domésticos [1-9]. Debido al aumento de la aparición de las FIDVR, las
redes eléctricas grandes y complejas están sometidas a perturbaciones cada vez mayores,
mientras que las redes eléctricas están continuamente expuestas a niveles elevados de riesgo y
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Utilizing Under Voltage Load Shedding Strategy to Prevent Delayed Voltage Recovery Problem in Korean Power System Resumen La presencia de cargas de motor de inducción en un sistema de potencia puede causar el fenómeno de Retraso en la recuperación de voltaje después de la ocurrencia de una falla severa. Una alta proporción de motor de inducción. Las cargas en el sistema de alimentación pueden tener una influencia significativa en la estabilidad de la tensión del sistema. Este es El problema conocido como FIDVR (recuperación de voltaje retardada inducida por falla) es comúnmente causado por el bloqueo de una pequeña unidad de HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado) después de la transmisión o distribución fallo de sistema. Esta recuperación de voltaje retardada surge de las características dinámicas asociadas con La energía cinética de la carga del motor de inducción. Este documento propone la UVLS (Carga de bajo voltaje Shedding) estrategia de control para tratar con FIDVR. Los esquemas basados en UVLS evitan la inestabilidad del voltaje al deshacerse de la carga y puede ayudar a evitar grandes pérdidas económicas debido a la amplia cascada interrupciones Este artículo revisa el tema reciente sobre el desprendimiento de carga bajo voltaje y compara descentralizado esquema de deslastre de carga con esquema de deslastre de carga convencional. Se aplica la estrategia de deslastre de carga. a un sistema real para verificar la solución de mitigación FIDVR propuesta. Demostrar la efectividad del método propuesto para resolver el problema del voltaje retardado recuperación en el sistema de energía coreano. Introducción

  1. Introducción Con el crecimiento económico, el aumento de los ingresos y una variedad de aparatos eléctricos orientados al consumo, los niveles de consumo de energía están aumentando a un ritmo nunca visto. Si bien el aumento de la demanda de carga industrial es bastante bajo, la proporción de carga residencial en la carga total ha aumentado significativamente. Cuando el número de motores de inducción instalados en un sistema aumenta más allá de un cierto límite, puede haber graves repercusiones en la estabilidad del voltaje del sistema eléctrico. El hecho de que una proporción significativa de la carga total provenga de cargas de motores de inducción es uno de los factores de impacto más cruciales en la estabilidad de un sistema de transmisión y distribución de energía. El mecanismo del FIDVR (Recuperación de tensión retardada inducida por fallas) es que una vez que una unidad de HVAC (Calefacción, Ventilación y Aire Acondicionado) se dispara y se apaga después de la ocurrencia de una falla, la tensión permanece a un nivel significativamente reducido debido a que los motores extraen una excesiva potencia reactiva de la red. A esto le sigue la desconexión de los condensadores en derivación en respuesta a la reducción de esta sobretensión, lo que hace que la tensión del sistema se sitúe por debajo del nivel anterior a la avería. Se ha observado que este tipo de fallo del sistema se produce en zonas residenciales de América del Norte donde se han instalado pequeñas cargas de motores de inducción como los acondicionadores de aire domésticos [1-9]. Debido al aumento de la aparición de las FIDVR, las redes eléctricas grandes y complejas están sometidas a perturbaciones cada vez mayores, mientras que las redes eléctricas están continuamente expuestas a niveles elevados de riesgo y

vulnerabilidad. El hecho de no proporcionar controles adecuados a esos sistemas contra esas fallas podría dar lugar a graves daños industriales y económicos, así como a cortes de energía parciales o en toda la zona. La Fig. 1 muestra el sistema eléctrico coreano. Desde el punto de vista geográfico, demuestra las características del desequilibrio en la demanda de energía, ya que la demanda de carga se concentra en las zonas metropolitanas. El funcionamiento de los generadores en las zonas metropolitanas es bastante caro. Por lo tanto, es económicamente rentable que las cargas en las zonas metropolitanas sean suministradas por generadores situados en las regiones costeras a un costo más bajo. Las causas principales de la inestabilidad y el colapso del voltaje en el sistema eléctrico coreano surgen de tener cargas concentradas, líneas de transmisión de larga distancia y aumentos continuos de la carga. Por esta razón, dos líneas de transmisión paralelas de 765 kV y cuatro líneas paralelas de 345 kV se utilizan como líneas de transmisión de interfaz para la transferencia de energía. Las líneas de transmisión de interfaz pueden sufrir perturbaciones a gran escala que provocan inestabilidad o colapso del voltaje. Para resolver los problemas relacionados con la inestabilidad de la tensión, que puede afectar a otros elementos del sistema eléctrico, se puede implementar el método de control ULVS (Under Voltage Load Shedding). El empleo de un método como este puede mitigar las consecuencias del desprendimiento de la carga de la manera más económica posible. En el actual esquema de UVLS no se considera un fenómeno de FIDVR. Sin embargo, la configuración de carga real, la proporción de la carga del motor de inducción, aumentó. Para los motores de inducción, las características de la carga correspondientes al voltaje son singulares debido al rango de operación especial y al bloqueo. El FIDVR se produce debido al fenómeno de bloqueo de los motores de inducción. El modelo convencional de carga compuesta no capta el fenómeno de la lenta recuperación de la tensión. El modelo de motor de inducción ZIP plus puede utilizarse en cambio para simular el fenómeno de recuperación lenta de la tensión. En este estudio, aplicamos la estrategia UVLS para dar una solución al FIDVR en el sistema de energía coreano considerando una carga de motor de inducción. El FIDVR es causado por el estancamiento de pequeñas cargas de motor de inducción durante las contingencias del nivel de transmisión. Un esquema de UVLS puede ser un método eficaz para mitigar el riesgo de FIDVR y el disparo de los motores para prevenir la caída de voltaje y el retraso en la recuperación de voltaje. Y, en este artículo se revisa el tema reciente sobre la eliminación de la carga bajo tensión y se compara con el esquema de eliminación de la carga descentralizada con el esquema de eliminación de la carga centralizada (convencional). El algoritmo de eliminación de cargas se aplica a un sistema real para verificar la solución de mitigación de la FIDVR propuesta. Las simulaciones demuestran la eficacia del método propuesto para resolver el problema de la recuperación de la tensión retardada en el sistema eléctrico coreano

  1. Descripción de la tensión retardada inducida por la falla Recuperación

constante, la carga de corriente constante, la carga de potencia constante. Las ecuaciones del modelo ZIP son las siguientes P0, Q0 son la potencia de la carga real y reactiva en estado estable, magnitud de la carga cuando el voltaje 1.0 p.u.. El valor de la expresión a, b, c representa la proporción de impedancia constante, corriente, carga de potencia. Típicamente, estos valores son siempre positivos, y la suposición es siempre 1. Y el modelo dinámico de la carga del motor de inducción basado en el voltaje detrás de la reactancia transitoria Vd, Vq y el parámetro de deslizamiento s. Las ecuaciones del modelo del motor de inducción son las siguientes. Id e Iq son las corrientes del estator, ω0 es la velocidad síncrona, H es la constante inercial, Tr es la constante de tiempo, y TL es el par de carga. Los parámetros Xs, Xs` representan la reactancia síncrona y la resistencia transitoria, respectivamente. La impedancia de carga Zload es la impedancia combinada de los motores de inducción y otras cargas. La impedancia del motor de inducción se simplifica de la siguiente manera [12]. Cuando está en estado estacionario, el valor del deslizamiento del motor se aproxima al valor 0, que denota la velocidad sincrónica. Por otro lado, el valor del deslizamiento del motor se aproxima a 1 en la condición de corriente de rotor bloqueado. Cuando el voltaje de la carga disminuye y el deslizamiento aumenta hacia el estado de bloqueo, no es posible que la recuperación del voltaje del sistema de energía cause el fenómeno de bloqueo del motor. Solución de mitigación FIDVR 2.3 Solución de mitigación del FIDVR Las soluciones de control empleadas para mitigar el fenómeno del FIDVR pueden clasificarse como soluciones del lado de la oferta y soluciones del lado de la demanda. La solución más popular del lado de la oferta que aplican las empresas de servicios públicos es la aplicación de dispositivos FACTS como SVC y STATCON para aumentar el apoyo de la energía reactiva. Sin embargo, estos dispositivos tienen altos costos de instalación, lo que los hace poco económicos en la mayoría de las situaciones. SVC y STATCOM pueden emplearse en las regiones afectadas por el FIDVR para reducir sus efectos teniendo en cuenta las características específicas del sistema de energía en la región y la proporción de la carga del motor. Las soluciones del lado de la demanda que utilizan sistemas de protección para desconectar rápidamente los motores en condiciones de baja tensión también pueden ser una solución eficaz y económica para hacer frente a la FIDVR. Entre ellas se incluye la aplicación de equipos de control y relés de protección para lograr tiempos de eliminación de fallos más rápidos para escenarios creíbles de eliminación de fallos retardados, nuevos interruptores más rápidos y/o interruptores operados por postes independientes

vinculados a un esquema de UVLS. A fin de aliviar el fenómeno de las FIDVR, se han descrito varios métodos. Existe un método para utilizar las características de recuperación de los cambios de tensión en función del tiempo de eliminación del accidente. La forma de restablecer fácilmente el tiempo de operación del relé se considerará un problema asociado a las cuestiones de coordinación de la protección y la mejora del rendimiento del equipo [12].

  1. Esquema del UVLS en el sistema eléctrico coreano Con el esquema UVLS actualmente en funcionamiento, los cortes en una de las dos líneas de transmisión paralelas de 765 kV se considera una contingencia importante que tiene el potencial de causar un apagón en cascada. El SPS (Esquema de Protección Especial) se ha aplicado a un conjunto de líneas de transmisión interconectadas desde 2004. Si la magnitud de la energía que fluye por las líneas de transmisión de la interfaz supera un determinado nivel, puede provocar un colapso de la tensión cuando se produce un apagón en las líneas de transmisión del flujo de la interfaz. Por lo tanto, los operadores de sistemas eléctricos observan la magnitud del flujo de la interfaz como una restricción utilizada para prevenir la inestabilidad del voltaje. Para que las operaciones del sistema eléctrico sean eficientes, en el año 2009 se instalaron cuatro unidades de medición de fasores en el sistema eléctrico coreano por medio del proyecto KWAMS (Sistema de vigilancia de área amplia). El K-WAMS obtiene datos sincronizados en tiempo real sobre la potencia activa, la potencia reactiva, el voltaje y la frecuencia de cada PMU. Se utilizan diversos índices para realizar la vigilancia de los parámetros y datos relacionados con la estabilidad del voltaje de área amplia y la estabilidad de las señales pequeñas. El K-WAMS ha sido desarrollado para asegurar la fiabilidad del funcionamiento del sistema, prevenir los apagones en todo el sistema y ser utilizado como tecnología de base para futuros esquemas de control de sistemas de energía. Junto con K-WAMS; desde 2010, se ha desarrollado y puesto a disposición un sistema WAMAC (Wide Area Monitoring And Control) para afrontar mejor las grandes perturbaciones que tienen el potencial de causar un colapso de tensión. Este es un concepto que combina el WACS (Sistema de Control de Área Amplia) con el K-WAMS. Para avanzar en la fiabilidad y disponibilidad del WAMAC, se han instalado un total de 40 unidades PMU. Actualmente, se está investigando sobre la eliminación de cargas en varios pasos y la reducción de la capacidad de eliminación de cargas utilizando información en tiempo real de las PMU. Los sistemas SCADA/EMS (Supervisory Control and Data Acquisition/Energy Management System) ya instalados no pudieron asumir eficazmente la función de un sistema de vigilancia, porque no pueden responder a las contingencias en tiempo real. En cuanto a la aplicación del PMU, hay dos tipos de direcciones de operación del sistema de energía que el PMU puede ser aplicado. Como se ha descrito anteriormente, la instalación de un PMU es necesaria para el funcionamiento eficiente y fiable del sistema. A medida que aumenta el número de PMU en un sistema de energía eléctrica, es posible mejorar la eficacia de la vigilancia, pero debido a consideraciones de eficiencia económica, no es posible aumentar el número de PMU más allá de un cierto límite [13, 14].

tiempo real, que puede servir de base para hacer frente con eficacia a la inestabilidad del sistema. El esquema descentralizado puede controlar la carga en la subestación utilizando los datos medidos. Se puede proporcionar un margen de estabilidad del voltaje en tiempo real para el desplome de la carga por parte de los operadores locales del sistema de autobuses. Además, se puede realizar la eliminación de la carga para evitar el colapso de la tensión, y la coordinación con otras subestaciones se realiza continuamente para supervisar y mantener la estabilidad de la tensión en una zona amplia. Esta aplicación desarrollará una nueva arquitectura de control jerárquico para llevar a cabo la eliminación de la carga de inestabilidad de voltaje usando el concepto VIP (Voltage Instability Predictor). VIP utiliza los valores de voltaje y corriente medidos localmente para estimar la proximidad a la inestabilidad de voltaje. El esquema de protección de voltaje se desarrollará basado en el concepto VIP para reemplazar el esquema convencional de UVLS en los lugares designados. Además, las UGP también utilizarán el concepto VIP para calcular la proximidad a la inestabilidad de voltaje en diferentes lugares geográficos e informar a los operadores cuando estos dispositivos detecten una condición de inestabilidad de voltaje local. Esto permitirá a los operadores monitorear el sistema para mejorar la estabilidad del voltaje [13, 14]. En la Fig. 5 se muestra el concepto utilizado en el esquema descentralizado. Se estiman los valores de tensión e impedancia equivalente para cada barra de carga, como el quantum de transferencia de potencia máxima y los valores P y Q de cada barra de carga, para determinar los valores del margen de potencia activa y reactiva de cada carga. Si estos valores caen por debajo de un cierto nivel, entonces se implementa la eliminación de la carga. Si se instala un número suficiente de PMUs en los buses según sea necesario, cada bus puede calcular índices que reflejen la situación en el área adyacente en tiempo real. Esta información puede utilizarse para tomar medidas para mantener la estabilidad del sistema eléctrico regional. Casos de Estudio El fenómeno FIDVR es causado por cargas de motores de inducción como pequeñas unidades de HVAC. Hemos investigado escenarios asumiendo que la concentración de cargas de motores de inducción en el consumo total de electricidad de los hogares de Corea del Sur es alta. De hecho, suponemos que tales cargas de motores de inducción ocupan una proporción del orden del 50% al 60% (utilizando los datos del sistema eléctrico de Corea) y la diferencia aplicando un alto porcentaje de la carga del motor de inducción a la región central que debe ser examinada. En este estudio, los objetivos de la simulación son la consideración de una carga de motor de inducción con FIDVR. Y, la aplicación del algoritmo de eliminación de la carga a un sistema real para verificar la estrategia de mitigación del FIDVR propuesta. Las simulaciones muestran la eficacia del método propuesto para disminuir la recuperación de la tensión retardada. Se realizaron simulaciones de los eventos de falla de línea más extremos, incluyendo la pérdida de uno de los circuitos dobles. Se ejecutaron simulaciones dinámicas utilizando datos del sistema eléctrico coreano. 4.1 Considerar la carga del motor de inducción con el FIDVR El sistema eléctrico coreano no considera actualmente las cargas de los motores de inducción y, por consiguiente, no tiene en cuenta el fenómeno del FIDVR en los esfuerzos de modelización y

simulación. La Fig. 6 muestra el escenario en el que no se consideran las cargas de los motores de inducción y no se observa el fenómeno FIDVR. En la Fig. 7, consideramos el escenario donde se consideran las cargas de los motores de inducción y se observa el fenómeno FIDVR. Dado el escenario de que la tensión no se restablece a un nivel de tensión estable durante unos segundos después de la contingencia, este caso de variación de la tensión representa una recuperación retardada. En general, considerando el área de parada de la tensión nominal a 0,5-0,7 p.u.. Al considerar la carga del motor de inducción después de la contingencia, la estabilidad del sistema se determina observando la forma de onda del voltaje de la variación a corto plazo. Si el sistema es inestable, se ejecuta el proceso de control apropiado. En la Fig. 8, se muestra la variación del deslizamiento del motor de inducción contra el tiempo. Si se aplica la carga al motor, se reduce la velocidad de rotación para que la velocidad se reduzca y se cambie a la velocidad sincrónica. La corriente que consume un motor de inducción parado se denomina corriente de rotor bloqueado y es lineal con la tensión. En el instante en que el voltaje cae por debajo de 0,7 p.u., se representa la corriente de rotor bloqueado. Cuando tanto la carga como el deslizamiento aumentan, pero la velocidad de rotación se reduce, la corriente que fluye por el motor aumenta. En el estado de hacer rotaciones en el exterior, la velocidad de rotación del motor es la velocidad de la velocidad sincrónica o, en algunos casos, el deslizamiento se vuelve negativo. Cuando el motor de inducción se cala, es bajo la condición de corriente de rotor bloqueado que el motor consume cinco o seis veces la corriente del motor de inducción y exige un aumento drástico de la potencia reactiva. 4.2 Esquema de eliminación de cargas bajo tensión aplicado para la estrategia de mitigación de la FIDVR El propósito del desprendimiento de la carga bajo tensión es inhibir el colapso de la tensión mitigando el fenómeno del FIDVR. El UVLS básicamente detecta el bajo voltaje y previene los cortes de energía por adelantado. Para eliminar eficazmente la inestabilidad en la red, el sistema debe establecer un voltaje preestablecido para evitar el desprendimiento de cargas innecesarias. Un punto de ajuste de muy baja tensión puede prevenir la aparición de perturbaciones graves en la red. El esquema UVLS determinó el local, basado en las cantidades locales medidas, el enlace de comunicación es necesario para la implementación del esquema UVLS. A continuación se muestra el supuesto caso de inestabilidad de voltaje y se revisa la aplicación adecuada de los procedimientos. En este estudio, el esquema UVLS se aplicó para demostrar el efecto de un caso de colapso de tensión durante una contingencia grave. El resultado de la simulación revisó la observación del desplome de la carga después de la recuperación de la tensión y la recuperación inicial de la tensión después del despeje de una falla a menos del 90% de la tensión previa a la contingencia. Las figuras 9 y 10 muestran los resultados de la aplicación de esquemas centralizados y descentralizados para la mitigación de la FIDVR. El esquema centralizado determina el voltaje medido y otra información en muchos lugares utilizando el controlador central o un único controlador para determinar la estabilidad del sistema, empleando para ello múltiples sistemas de información. En el esquema centralizado, la eliminación de la carga se realiza 0,5 s después de que se produzca la contingencia. En este caso,