compensador de oscilaciones de un statcom basado en una red adelanto-atraso sintonizado con ...

86 Pages·2015·2.07 MB·English

COMPENSADOR DE OSCILACIONES DE UN STATCOM BASADO
EN UNA RED ADELANTO-ATRASO SINTONIZADO CON
ALGORITMO GENETICO

RICARDO ANDRES MURILLO VIRGEN

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA
FACULTAD DE INGENIERIAS: ELECTRICA, ELECTRONICA,
FISICA Y CIENCIAS DE LA COMPUTACION.
PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRICA
PEREIRA – RISARALDA
2015
COMPENSADOR DE OSCILACIONES DE UN STATCOM BASADO
EN UNA RED ADELANTO-ATRASO SINTONIZADO CON
ALGORITMO GENETICO

RICARDO ANDRES MURILLO VIRGEN

Trabajo de grado para optar por el título de Ingeniero Electricista

Director

M. Sc ALFONSO ALZATE GOMEZ

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA
FACULTAD DE INGENIERIAS: ELECTRICA, ELECTRONICA,
FISICA Y CIENCIAS DE LA COMPUTACION.
PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRICA
PEREIRA – RISARALDA
2015
Nota de aceptación

Firma del jurado

Firma del jurado
Dedicatoria

A mi madre que siempre fue mi apoyo incondicional y toda su vida
tuvo una sonrisa para mí hasta sus últimos momentos.
INDICE

CAPITULO 1_______________________________________________________ 1
1. Introducción. __________________________________________________ 1
1.1Antecedentes _________________________________________________ 2
1.2 Objetivos. ____________________________________________________ 5
1.2.1 Objetivo general. ______________________________________________________ 5
1.2.2 Objetivos específicos. __________________________________________________ 5
1.3 Estructura del contenido. _______________________________________ 6
CAPITULO 2______________________________________________________ 7
2.1 ESTABILIDAD DEL SISTEMA DE POTENCIA _______________________ 7
2.1.1 ESTABILIDAD DE ANGULO ___________________________________ 7
2.2 TRANSFORMACION DE PARK ____________________________________ 8
2.3 MAQUINA SINCRONA ___________________________________________ 8
2.4 MODELO DEL SISTEMA SMIB ____________________________________ 10
2.5 MODELO LINEAL DEL SISTEMA. _________________________________ 11
2.6 CONDICIONES INICIALES DEL SISTEMA. _________________________ 15
CAPITULO 3______________________________________________________ 17
3.1 FACTS _______________________________________________________ 17
3.2 VENTAJAS DE INCLUIR DISPOSITIVOS FACTS EN UN
SISTEMA DE TRANSMISION. _______________________________________ 17
3.4 STATCOM ____________________________________________________ 19
3.4.1 TEORIA BASICA DEL FUNCIONAMIENTO DE UN STATCOM _______ 19
3.4.2 COMPONENTES DEL STATCOM ______________________________ 22
CAPITULO 4______________________________________________________ 23
4.1 SISTEMA SMIB CON STATCOM __________________________________ 23
4.2 MODELO LINEAL DEL SISTEMA__________________________________ 25
CAPITULO 5______________________________________________________ 32
5.1SISTEMA DE CONTROL. _________________________________________ 32
5.2 CONTROL PI. __________________________________________________ 32
5.3 COMPENSACION ATRASO – ADELANTO. _________________________ 33
5.4 ESPECIFICACIONES DE RESPUESTA TRANSITORIA. _______________ 34
5.5 CONTROLADOR DE OSCILACIONES DEL STATCOM. _______________ 36
5.5.1 Mecanismo de control del STATCOM. __________________________ 36
5.6 Diseño del control PI del regulador de tensión DC. __________________ 38
5.7 ALGORITMOS GENETICOS ____________________________________ 39
5.7.1 ORIGENES _______________________________________________ 39
5.7.2 BASES BIOLOGICAS ______________________________________ 39
5.7.3 CODIFICACION DE PROBLEMAS _____________________________ 40
5.7.4 OPERADORES GENETICOS _________________________________ 40
5.7.5 EVALUACION ______________________________________________ 41
CAPITULO 6______________________________________________________ 42
6.1 Simulación Modelo lineal Heffron Phillips. _________________________ 42
6.1.1 Punto de Operación P=0.7, Q=0.3, V=1. _________________________ 43
6.1.2 Respuesta al ángulo Delta para perturbaciones en Tm. ___________ 45
6.1.3 Respuesta al ángulo Delta para perturbaciones en Vref. __________ 47
6.1.4 Respuesta del voltaje Vt para perturbaciones en Vref. ____________ 49
6.2 Sistema SMIB+STATCOM y controlador POD con algoritmo genético __ 51
6.2.1 Proceso para sintonizar el compensador C1 mediante algoritmo
genético _______________________________________________________ 51
6.2.2 Punto de operación P=0.8, Q=0.2, V=1. _________________________ 52
6.2.3 Punto de operación P=0.85, Q=0.15, V=1.02. ____________________ 54
6.2.4 Punto de operación P=0.75, Q=0.25, V=1.02. ____________________ 55
CAPITULO 7______________________________________________________ 57
7.1 Conclusiones. _________________________________________________ 57
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ___________________________________ 58
APENDICE A _____________________________________________________ 60
VARIACIONES DE POTENCIA EN EL STATCOM _____________________ 60
APENDICE B _____________________________________________________ 62
TOPOLOGIAS INVERSORES ______________________________________ 62
TOPOLOGIAS STATCOM _________________________________________ 63
APENDICE C _____________________________________________________ 67
PROGAMA DE MATLAB SMIB+STATCOM ___________________________ 67
ALGORITMO GENETICO __________________________________________ 72
LISTA DE TABLAS

Tabla 3.1 Aplicaciones de FACTS en estado estable………………….………...18
Tabla 3.2 Aplicaciones dinámicas de los FACTS………………………………...18
Tabla 6.1 Parámetros de la maquina…………………………………….………….42
Tabla 8.2 Parámetros de la Línea……………………………………………………42
Tabla 6.3 Parámetros del STATCOM……..…………………………………………43
Tabla 6.4 Tiempo de establecimiento, sobrepaso, crecimiento y sobre
impulso caso1…………...………………………..…………………………………….46
Tabla 6.5 Tiempo de establecimiento, sobrepaso, crecimiento y sobre
impulso caso2………………….……………………………………………………….48
Tabla 6.6 Tiempo de establecimiento, sobrepaso, crecimiento y sobre
impulso caso3…………………………………………………………..………………50
LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 Modelo de la maquina síncrona………………………………………….9
Figura 2.2 Diagrama fasorial de la maquina síncrona…………………………….9
Figura 2.3 Modelo equivalente de la maquina síncrona…………………..…….10
Figura 2.4 Sistema maquina síncrona – Barra infinita…...…………………...…10
Figura 2.5 Diagrama de bloques del modelo de espacio de estados…………14
Figura 2.6 Diagrama fasorial para el cálculo de condiciones iniciales……….15
Figura 3.1 Diagrama simplificado de un STATCOM representado por Vs
conectado a traves de un trasformador de acople XL a un barraje de la
linea con tension Vi…………………………………………………………………... 20

Figura 3.2 Diagramas fasoriales del sistema eléctrico y el STATCOM………21

Figura 3.3 STATCOM conectado al sistema de potencia…………………….....22
Figura 4.1 Sistema SMIB – STATCOM……………………………………………..23
Figura 4.2 Diagrama de bloques del sistema SMIB – STATCOM……………...31

Figura 5.1 Control Proporcional –Integral.........................................................32
FILDHUHLUERHGLDFVBGPOIB5NÑOIGNJ RLÑJB
Figura 5.2 Especificaciones para un sistema con respuesta sub-
amortiguada……………………………………………………………………………..34

Figura 5.3 Sistema SMIB con STATCOM y lazos de control……………………36

Figura 5.4 Regulador de tensión DC con control PI…………………………….37

Figura 5.5 Regulador de tensión AC con control de amortiguación de
oscilaciones (POD)……………………………………………………………………..37

Figura 5.6 arquitectura para calcular el compensador C……………………….38

Figura 6.1 diagrama de bloques SMIB………………………………………..........43
Figura 6.2 diagrama de bloques SMIB + STATCOM……………………………..44
Figura 6.3 SMIB + STATCOM + POD………………………………………………..44
Figura 6.4 Respuesta al ángulo Delta para perturbación en Tm en el sistema
SMIB, para el punto de operación 6.1.1……………………………………...….....45
Figura 6.5 Respuesta al ángulo Delta para perturbación en Tm en el sistema
SMIB+STATCOM, para el punto de operación 6.1.1…………………………..….45
Figura 6.6 Respuesta al ángulo Delta para perturbación en Tm en el sistema
SMIB+STATCOM+POD, para el punto de operación 6.1.1………………….…..46
Figura 6.7 Respuesta al ángulo Delta para perturbación en Vref en el
sistema SMIB, para el punto de operación 6.1.1………………………….………47
Figura 6.8 Respuesta al ángulo Delta para perturbación en Vref en el
sistema SMIB+STATCOM, para el punto de operación 6.1.1…………………. 47
Figura 6.9 Respuesta al ángulo Delta para perturbación en Vref en el
sistema SMIB+STATCOM+POD, para el punto de operación 6.1.1…………. 48
Figura 6.10 Respuesta del voltaje Vt para perturbación en Vref en el sistema
SMIB, para el punto de operación 6.1.1….…………………………………………49
Figura 6.11 Respuesta del voltaje Vt para perturbación en Vref en el sistema
SMIB+STATCOM, para el punto de operación 6.1.1……..……………………….49
Figura 6.12 Respuesta del voltaje Vt para perturbación en Vref en el sistema
SMIB+STATCOM+ POD, para el punto de operación 6.1.1……………………..50
Figura 6.13 Respuesta de la función (1/(1+C1*G1)) en lazo cerrado a la
función impulso………………………………………………………………………...53

Figura 6.14 Respuesta del voltaje Vt para perturbación en Vref en el sistema
SMIB+STATCOM+POD, para el punto de operación 6.2.2………………………53
Figura 6.15 Respuesta de la función (1/(1+C2*G2)) en lazo cerrado a la
función impulso………………………………………………………………………...54

Figura 6.16 Respuesta del voltaje Vt para perturbación en Vref en el sistema
SMIB+STATCOM+POD, para el punto de operación 6.2.3………………………55