Informe Final

Transcripción

Informe Final

INFORME FINAL
FEBRERO 2006
Modelación Dinámica de Grupo de
Generadores del Sistema Eléctrico de
EDELAYSEN S.A. mediante Ensayos,
Mediciones e Identificación de
Modelos
Preparado para
SAESA, Santiago
DIgSILENT Limitada
Av. José P. Alessandri 665,
Depto. 403-A, Ñuñoa, Santiago
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Martin Schmieg
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Rev. B
CHI-DT-Nº1-2006
INFORME FINAL
PAG. 2
Índice
Índice
1 Introducción y Objetivo ........................................................................................................................................ 5
2 Sistema Eléctrico de Edelaysen............................................................................................................................. 6
3 Metodología Aplicada............................................................................................................................................ 8
3.1 Aspectos Generales........................................................................................................................................................ 8
3.2 Evaluaciones Gráficas..................................................................................................................................................... 8
3.3 Desempeño Mínimo ....................................................................................................................................................... 9
4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche................................................................................................................... 11
4.1 Unidad de Generación – MAN 101 -............................................................................................................................... 12
4.1.1 Impulsor del generador eléctrico - PMU.................................................................................................................... 12
4.1.2 Regulador automático de velocidad – PCO –............................................................................................................. 14
4.1.3 Regulador automático de tensión – VCO –................................................................................................................ 20
4.2 Unidad de Generación – MAN 102 – .............................................................................................................................. 25
4.2.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU -................................................................................................................. 25
4.2.2 Regulador automático de velocidad – PCO - ............................................................................................................. 27
4.2.3 Regulador automático de tensión – VCO - ................................................................................................................ 30
4.3 Unidad de Generacion – CAT 103 –............................................................................................................................... 32
4.3.1 Impuesto del generador eléctrico – PMU -................................................................................................................ 32
4.3.3 Regulador automático de tensión – VCO .................................................................................................................. 39
4.4 Unidad de Generación – CAT 104 - ............................................................................................................................... 43
4.5 Unidad de Generación – CAT 105 - ............................................................................................................................... 55
5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado ............................................................................................................... 64
5.1 Unidad de Generación – Francis 106 – .......................................................................................................................... 64
5.2 Unidad de Generación – Francis 107 – .......................................................................................................................... 77
INFORME FINAL
PAG. 3
Índice
6 Planta Eólica Alto Baguales................................................................................................................................. 86
6.1 Unidad de Generación – VESTAS 108 – ......................................................................................................................... 86
6.2 Unidad de Generación – VESTAS 109 -.......................................................................................................................... 92
6.3 Unidad de Generación – VESTAS 110 -.......................................................................................................................... 92
7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén................................................................................................................... 93
7.1 Unidad de generación – CAT 111 – ............................................................................................................................... 93
7.2 Unidad de generación – CAT 112 – ............................................................................................................................. 100
7.2.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU -............................................................................................................... 100
7.2.2 Regulador automático de velocidad – PCO - ........................................................................................................... 101
7.2.3 Regulador automático de tensión – VCO - .............................................................................................................. 105
7.3 Unidad de Generación – CAT 113 –............................................................................................................................. 108
7.3.2 Regulador automático de velocidad – PCO –........................................................................................................... 109
7.4 Unidad de Generación – CAT 114 –............................................................................................................................. 115
8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén .................................................................................................................. 124
8.1 Unidad de Generación – PELTON 115 - ....................................................................................................................... 124
8.1.3 Regulador automático de tensión – VCO –.............................................................................................................. 128
8.2 Unidad de Generación – FRANCIS 116 –...................................................................................................................... 130
8.3 Unidad de Generación – FRANCIS 117 - ...................................................................................................................... 144
8.4 Unidad de Generación – FRANCIS 118 –...................................................................................................................... 144
8.4.1 Impulsor del generador eléctrico –PMU -................................................................................................................ 144
8.4.2 Regulador automático de velocidad – PCO –........................................................................................................... 147
INFORME FINAL
PAG. 4
1 Introducción y Objetivo
1 Introducción y Objetivo
La Empresa Edelaysen S.A., filial de la empresa eléctrica SAESA, se encuentra pronta a comenzar diversos
estudios técnicos-económicos, que por ley forman parte del proceso de fijación tarifaria de este sistema mediano.
En este contexto, la empresa debe realizar diversos estudios de su sistema eléctrico, entre los cuales destacan
flujos de carga y estudios de estabilidad, con el propósito de lograr una óptima expansión y operación de su
sistema, satisfaciendo una serie de restricciones de seguridad y calidad de servicio. Uno de los conjuntos
importantes de datos requeridos para realizar dichos estudios, corresponde a los modelos de los generadores y
sus respectivos controladores de tensión y velocidad.
Con el propósito de obtener modelos matemáticos –en formato Power Factory- representativos de dicho
equipamiento, tal que les permita analizar razonablemente la estabilidad angular y de frecuencia del sistema, la
empresa SAESA ha contratado los servicios de la empresa DIgSILENT Ltda. Para tales efectos, mediante diversos
ensayos sobre las unidades generadoras, la medición de una serie de variables y el posterior proceso de
identificación de parámetros, este proyecto ha buscado esencialmente estimar los modelos de la máquina motriz
y los respectivos sistemas de control de tensión y velocidad. Estas mediciones también permiten evaluar el estado
de los sistemas de control, así como el desempeño mínimo de los mismos.
Habida consideración de ello, este Informe da cuenta de los resultados alcanzados en la tercera y última etapa
del proyecto de identificación de modelos de las unidades generadoras del sistema eléctrico de Edelaysen. El
informe presenta los modelos de regulación obtenidos para las diversas unidades generadoras, ilustrando y
describiendo los principales aspectos involucrados. Se asume que el lector cuenta con el conocimiento del
Informe presentado para la Etapa 1. Se debe destacar que un mayor detalle específico, en cuanto a estructura y
parámetros obtenidos vía optimización computacional, se encuentra en los archivos que se adjuntan en formato
del programa de simulación Power Factory.
Es necesario destacar que el aporte de personal de terreno de Edelaysen fue fundamental para completar
exitosamente la etapa de pruebas. Sin duda que su compromiso y diligente aporte permitió alcanzar el objetivo
inicial planteado, particularmente durante los ensayos y mediciones de las diversas unidades.
INFORME FINAL
PAG. 5
2 Sistema Eléctrico de Edelaysen
El sistema eléctrico de Edelaysen S.A., corresponde a un “sistema mediano” que, en la actualidad, puede
representarse a través de las siguientes plantas de generación:
Planta
Planta
Planta
Planta
Planta
Termoeléctrica Tehuelche
Hidroeléctrica Lago Atravesado
Eólica Alto Baguales
Termoeléctrica Aysén
Hidroeléctrica Aysén
El número y tipo de generadores que se encuentra en cada planta se encuentra descrito en la siguiente tabla:
NOMINA DE GRUPOS GENERADORES TERMICOS DE EDELAYSEN FEBRERO 2005
CENTRAL
TEHUELCHE
AYSEN
NUMERO
DE GRUPO
GRUPO Nº 1
GRUPO Nº 2
GRUPO Nº 3
GRUPO Nº 5
GRUPO Nº 7
MARCA
PAIS DE
MODELO
FABRICACION
MAN
Dinamarca
9L28/32 H
9L28/32 H
MAN
Dinamarca
CATERPILLAR
Canada
3608
CATERPILLAR
Canada
3512
CATERPILLAR
Canada
3516B
POTENCIA
KVA
KW
2.500
1.915
2.500
1.915
2.937
2.350
975
708
2.500
1.825
GRUPO Nº 3
GRUPO Nº 4
GRUPO Nº 5
GRUPO Nº 6
CATERPILLAR
CATERPILLAR
CATERPILLAR
CATERPILLAR
1.500
1.500
1.750
1500
Canada
Canada
Canada
Canada
3512 B
3512 B
3516
3512 B
AÑO
TIPO
FABRICACIÓN COMBUSTIBLE
1993
DIESEL N°2/HFO
1994
DIESEL N°2/HFO
1997
DIESEL N°2
1976
DIESEL N°2
2001
DIESEL N°2
1.200
1.200
1.400
1200
2004
2004
2004
2000
DIESEL N°2
DIESEL N°2
DIESEL N°2
DIESEL N°2
NOMINA DE GRUPOS GENERADORES HIDROELECTRICOS DE EDELAYSEN FEBRERO 2005
CENTRAL
GENERADOR
MARCA
AYSEN
TURBINA N°1
TURBINA N°2
TURBINA Nº3
TURBINA Nº4
GENERADOR N°1
GENERADOR N°2
PELTON
GILKES
ZMEC
ZMEC
LEROY SOMER
LEROY SOMER
LAGO
ATRAVESADO
PAIS
FABRICACION
Alemania
Inglaterra
China
China
MODELO
PELTON
FRANCIS
FRANCIS
FRANCIS
FRANCIS
FRANCIS
POTENCIA
KVA
KW
2.500
2.000
3.750
3.000
1.150
900
3.400
2.700
6.479
5.500
6.479
5.500
AÑO
FABRICACIÓN
1916
1970
2001
2001
2003
2003
NOMINA DE GRUPOS GENERADORES EOLICOS DE EDELAYSEN FEBRERO 2005
CENTRAL
NUMERO DE GRUPO
MARCA
ALTO
BAGUALES
GRUPO Nº 1
GRUPO Nº 2
GRUPO Nº 3
VESTAS
VESTAS
VESTAS
PAIS DE
MODELO
FABRICACION
Dinamarca
V-47
V-47
Dinamarca
V-47
Dinamarca
KW
660
660
660
AÑO
FABRICACIÓN
2001
2001
2001
Tabla 1: Unidades generadoras del sistema Edelaysen
En relación a esta información, es necesario destacar que si bien se intentó ensayar y medir todas estas unidades
(con excepción de las tres eólicas por considerarse idénticas), finalmente sólo una de ellas quedó sin evaluación.
En efecto la unidad hidroeléctrica de Puerto Aysén de procedencia China (Zmec), más específicamente la de
1.150 kVA presentó indisponibilidad por falla del regulador de velocidad. No obstante ello, y tal cual se describe
en el resto del Informe, las pruebas y mediciones sobre el resto de las unidades no presentaron grandes
inconvenientes.
INFORME FINAL
PAG. 6
CENTRAL HIDROELÉCTRICA
PUERTO AYSÉN
Carga Alto
MAN 102
trafo 2
Carga Isla
Line(1)
Cat 103
trafo gen 3
trafo 8
Baguales 23
G
~
trafo 2 aysén
Trafo 1 aysén
2-Winding..
Trafo 3 Aysén
Trafo 4 Aysén
trafo 6 aysén
MAN 101
trafo 1
G
~
Carga Bajo
G
~
Baguales ..
~
G
Carga Total Coyhaique
Trafo 5 Aysén
CENTRAL
TERMOELÉCTRICA
TEHUELCHE
Salida 23
Ogana/23
Francis 117
Francis 118 Pelton 115
~
~
Francis 116
G
G
~
G
Line
CAT 112
CAT 114
~
~
CAT 113
G
G
~
G
Ogana-Tehuelche
CENTRAL TERMOELÉCTRICA
PUERTO AYSÉN
Cat 111
~
G
Cat 104
G
~
autotrafo..
trafo 7
Tehuelche..
R5-El Blanco
SS/AA Aysen
Baguales-..
trafo 6
Baguales-..
Cat 105
G
~
V.Simpson
Eolica
Shunt/Filter
R5
trafo elevador
Baguales 33 kV
Carga Aysén 1
Compensación/Filtro
.
Aysén/23.1
A. Baguales 33 kV
El Blanco-R7
El Blanco
Aysén-Baguales
trafo eólica 1
trafo eólica 3
Bag-Mañihuales
Atravesado 2 - Tehuelche
Carga Simp+Frei
El Blanco(1)
Atravesado 1 - Tehuelche
Aysén Chacabuco_1
Aysén/33
trafo eólica 2
SSAA
Simpson
Bagual/33
Arranque
Mañihua
Tehuel/23
G
~
Vestas 108
G
~
Vestas 109
G
~
R7-C.Castillo
Vestas 110
CENTRAL EÓLICA
ALTO BAGUALES
Chacab/33
L.Atravesado
2-Winding..
2-Winding..
R7-Tapoff
SSS/AA Lago
R7
C.Castill..
Carga Castillo
C.Castillo
Trafo Mañ..
Aysen Cha..
Arr. Ñirehuao
Ñirehuao
Chacab/23
Mañihuales/2..
Pto Ibañez
Carga Chacabuco
PROYECTO ENSAYOS, MEDICIÓN Y ESTIMACIÓN
UNIDADES GENERADORAS
SISTEMA ELÉCTRICO DE EDELAYSEN
PowerFactory 13.1.257
General Load
Project: SAESA
Graphic: Sistema-Aysén-C
Date:
Balmaceda
G
~
G
~
Francis 106
Francis 107
CENTRAL HIDROELÉCTRICA
LAGO ATRAVESADO
Carga Ñireh+Mañihuales
Carga Pto Ibañez
Carga Balmaceda
1/8/2006
Annex:
Figura 1: Diagrama unilineal del sistema eléctrico de Edelaysen
INFORME FINAL
PAG. 7
DIgSILENT
La Figura 1 muestra un diagrama unilineal del sistema eléctrico de Edelaysen, en el cual se destaca la ubicación
de las diversas plantas ensayadas y las unidades involucradas. En dicho diagrama, para cada unidad, se muestra
una nomenclatura y numeración acorde con aquella empleada por personal de Edelaysen. Más precisamente las
unidades generadoras van desde la 101 hasta la 118, es decir un total de 18 unidades, de las cuales se analizan
17. Es necesario señalar que de estas 17 unidades, hay algunas de ellas que son gemelas o muy similares
(unidades de Tehuelche, unidades de Alto Baguales, unidades térmicas de Aysén), razón por lo cual se asume
presentan una modelación idéntica, al menos en lo que a la estructura se refiere. Esto se explica a lo largo del
documento.
3 Metodología Aplicada
3.1 Aspectos Generales
Los principales aspectos de la metodología empleada para determinar los modelos de regulación de las diversas
plantas/unidades, fueron presentados en el Informe 1 del presente proyecto. En dicha instancia también se
describieron los diversos ensayos propuestos, muchos de los cuales finalmente se efectuaron. En lo medular y
una vez “auditadas” en terreno todas las unidades generadoras, más el análisis de la información del fabricante
del respectivo elemento (generador, regulador, etc,), la metodología contempló la realización de ensayos una por
una, tanto con carga como sin carga, todo lo cual fue registrado y almacenado para su posterior evaluación.
Al respecto es posible destacar que en un periodo de tres semanas se ensayó la casi totalidad de las unidades
generadoras del sistema de Edelaysen, excepto por la unidad China (Francis 117) y dos de las tres unidades
eólicas, en este último caso se asume que las tres presentan una modelación absolutamente idéntica.
En este sentido se reitera que en caso de máquinas similares se convalidan modelos de solo una, mientras que
en las máquinas gemelas se midieron las mismas variables y se realizaron los mismos ensayos con el objetivo de
determinar los ajustes y parámetros de comportamientos por métodos gráficos. En estos casos no se identifican
parámetros por métodos computacionales. Tal cual se ha indicado, esta metodología reduce el tiempo total del
trabajo y permite, de todos modos, conocer los ajustes actuales de todas las maquinas ensayadas. Por último, se
reitera que las evaluaciones computacionales, se harán con las funciones de modelación y estimación de
parámetros que presenta Power Factory; las que –en términos generales- buscan mediante algoritmos de
optimización reducir el cuadrado del error entre las variables medidas y las estimadas.
3.2 Evaluaciones Gráficas
Uno de los ensayos que aporta mayor información, tanto desde el punto de vista gráfico como desde una
perspectiva computacional, se refiere a la prueba de rechazo de carga de la unidad bajo análisis. Es necesario
señalar que el monto de generación desconectada súbitamente puede estar entre un 20% y un 100% de la
generación de la unidad, cualquier valor entre estos porcentajes entrega literalmente la misma información.
Habida consideración de ello, a partir de este rechazo y su medición es posible obtener los siguientes parámetros:
Tiempo de lanzamiento (s) = 2*H = Ta = (∆P*∆T)*fnom/(Pnom*∆f)
[Respecto de Ta, las variaciones de frecuencia y de tiempo son determinadas, por medio de una tangente, al
origen de la variación de frecuencia en el momento del empalamiento de la unidad. Se destaca que Ta también
se suele conocer por tiempo o constante de aceleración]
Estatismo (%) = S = -[(∆ f *Pnom)/(∆P*fnom)]*100
[Respecto de S, los valores se obtienen para valores estáticos de potencia y frecuencia]
INFORME FINAL
PAG. 8
donde:
∆f = (frecuencia final – frecuencia inicial), ambas en Hz
∆P = (potencia final – potencia inicial), ambas en kW
∆T = (tiempo final – tiempo inicial), ambas en segundos
Pnom: potencia nominal de la unidad en kW, obtenida de la Tabla 1
fnom: frecuencia nominal del sistema 50 Hz
Información sobre la banda muerta del regulador de velocidad, se puede obtener de la medición simultánea de la
frecuencia y la posición del servo respectivo. El valor de la banda medida en Hz, es aquella que se origina en
momentos de cambio de dirección de la variación de frecuencia (desde una positiva a una negativa o viceversa),
y en el cual la posición del servo se mantiene constante. En otras palabras, el servo no sigue la variación de
frecuencia mientras se encuentra en su zona de insensibilidad o banda muerta. Esta banda puede tener tres
posibles orígenes: de diseño, de desgaste y por ajuste electrónico.
En los próximos capítulos se presentan los resultados para las cinco plantas eléctricas antes descritas e ilustradas
en la Figura 1, destacándose las mediciones logradas en los principales ensayos, los resultados gráficos y los
resultados computacionales alcanzados.
3.3 Desempeño Mínimo
Si bien no es el objetivo de este informe delinear parámetros de desempeño o comportamiento mínimo de las
instalaciones de generación en lo que se refiere a sus controladores, o discutir respecto de los valores que
deberían tomar, se ha estimado conveniente evaluar alguno de estos indicadores asociados a la respuesta de los
sistemas de control de tensión y velocidad.
Al respecto cabe destacar que la actual normativa de seguridad y calidad de servicio aplicable a los sistemas SIC
y SING, ha definido y fijado algunos parámetros de desempeño mínimo para la respuesta del sistema de
excitación y del sistema de regulación de velocidad. En el caso de los sistemas medianos, como es el sistema de
Edelaysen, aún no hay claridad de las exigencias que hará la autoridad sobre la materia. No obstante ello, dichos
indicadores son importantes y representan la robustez/respuesta deseada de los sistemas de control, los cuales
por cierto deben reflejar también la realidad de cada sistema eléctrico.
Entre los indicadores de desempeño mínimo más empleados, alguno de los cuales son evaluados en este informe,
se encuentran:
Para el Sistema de Regulación de Tensión: respuesta ante un incremento de tipo escalón del 5-10% del
valor de referencia del regulador
INFORME FINAL
PAG. 9
o
Sobreoscilación máxima de la respuesta y su tiempo, se establecen cotas.
o
Tiempo máximo de crecimiento de la tensión terminal para pasar del 10% al 90% del valor final (incremento
de carga aplicado), luego de haberse aplicado el incremento de tensión en la referencia del regulador de
tensión.
o
Tiempo máximo de establecimiento para el rango +/-5% del valor final del cambio en la tensión terminal
(producto del cambio en el valor de referencia del regulador).
Para el Sistema de Regulación de Velocidad: respuesta ante un incremento de tipo escalón del 5-10% del
valor de referencia del regulador
o
Estatismo permanente
o
Tiempo máximo de establecimiento para el cambio en la potencia mecánica del +/-10% del valor final
o
Sobreoscilación máxima de la respuesta, se establece una cota.
INFORME FINAL
PAG. 10
4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche
En la Figura 1 es posible apreciar la ubicación eléctrica de esta planta, destacándose la existencia de cinco (5)
unidades motor-generador. Dichas unidades se encuentran presentadas por su “marca” y “número” de
identificación, esto es: MAN 101, MAN 102, CAT 103, CAT 104 y CAT 105. No obstante la diferencia existente
entre los controladores específicos de cada una de estas unidades y sus respuestas, el siguiente diagrama es de
carácter general e ilustra los sistemas de control y las máquinas motrices que serán modelados, destacándose las
relaciones funcionales existentes entre dichos bloques. En efecto, se aprecian en dicha figura la unidad primaria
motriz (PMU), su regulador de velocidad/potencia (PCO) y el respectivo regulador de tensión (VCO) de la unidad,
además de las vinculaciones entre ellos. Dicha figura es relevante toda vez que representa las interrelaciones de
las diversas señales de entrada y salida, y con ello como se controla toda la unidad.
Energía
Eléctrica
PCO
TV
Regulador
Regulador
TI
aire
G
Motor
Fuente del
campo
fuel
PMU
INFORME FINAL
VCO
PAG. 11
4.1 Unidad de Generación – MAN 101 4.1.1 Impulsor del generador eléctrico - PMU
Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PMU, datos que han sido aportados por Edelaysen.
Tipo
Fabricante
Modelo
Año de fabricación
Potencia
Tipo de combustible
Velocidad
Arranque
Modo de operación
:
:
:
:
:
:
:
:
:
Motor de combustión interna
MAN / Dinamarca
9L28/32 H
1993
2.500 KVA – 1.915 KW
Diesel oil
750 rpm
Autónomo, por aire comprimido
Semi base y punta
Modelo dinámico propuesto para el Impulsor
Posición del servo principal
Ingreso de com bustible
Potencia m ecánica
1/ 1+Tm s
Característica: Servo/Potencia
Im pulsor del generador
La siguiente Figura 101-1 y seguidamente los valores medidos, ilustran la relación existente entre la posición del
servo del impulsor y la potencia medida.
INFORME FINAL
PAG. 12
Figura 101-1: Característica del servo y la potencia medida
Característica Servo / Potencia activa
Valores eje Y
Valores en X
en Kw.
en %
2,110
18,31
15,12
11,32
7,360
3,30
0
Descripción
Constante de tiempo del motor
Tiempo de lanzamiento del grupo
motor-generador evaluado gráficamente
100
83,12
66,24
49,36
32,48
15,6
2,59
Símbolo
Valor
Unidad
Tdiesel
0,08
Segundos
Ta
4,00
Segundos
Tabla 101-1: Parámetros identificados del impulsor del generador
INFORME FINAL
PAG. 13
51.07
50.87
42.846 s
50.310
43.358 s
51.025
Momento de la desconexion
DIgSILENT
En los siguientes gráficos se observa la evolución de las variables (frecuencia de la maquina, posición del servo
motor principal, potencia activa) ante un rechazo de carga de la unidad. Tal cual se ha indicado, a partir de esta
información es posible, por métodos geométricos, obtener un indicador de la inercia del grupo motor generador:
Tiempo de Lanzamiento (Ta). Esta se ha presentado en la Tabla 101-1 y se encuentra ilustrado en la Figura 1012. La constante Tdiesel, que también se presentan en la mencionada tabla, fue determinada a través del proceso
de identificación, y representa el retraso en la potencia mecánica como respuesta a una variación de la energía
primaria de entrada.
51.486 s
50.394
Valor estabilizado
50.68
50.48
50.29
50.09
35.00
39.00
43.00
47.00
51.00
[s]
55.00
Voltage A: Frequency A
0.41
-2.508
Posicion del servo principal
-5.429
51.550 s
-1.676
42.910 s
-12.627
-8.349
-11.27
-14.19
35.00
39.00
Input Signals: Measurement value 16
43.00
47.00
51.00
[s]
55.00
0.36
Momento de la desconexion
0.28
42.846 s
0.271
0.21
0.13
0.06
-0.017
35.00
Edelaisen
39.00
Power A-C: Total Active Power
43.00
47.00
Desconexion de la maquina del sistema interconectado
51.00
[s]
55.00
Frec / Servo / Pot
Evolucion temporal de la respuesta del regulador de velocidades
Figura 101-2: Respuesta temporal del control de velocidad ante un rechazo de carga
4.1.2 Regulador automático de velocidad – PCO –
Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PCO, datos que han sido aportados por
Edelaysen.
Fabricante
Modelo
Modo de operación
:
:
:
Woodward
UG – 8
Regulación de velocidad
Modelo dinámico propuesto
INFORME FINAL
PAG. 14
Esquema funcional básico
Regulador
electronico
Amplificador
hidraulico
Valor de
referencia
Actuador
Servo
principal
Aire
Energia
auxiliar
Presion
auxiliar
Bombas de
inyeccion
Medicion
…………………..
Fuell
Eje
Motor de combustion
interna
Esquema en bloques
Kp
To
V med
1/1+Tm s
1/1+T1s
Medicion
Actuador y valv. piloto
1/s
1/T2
Tc
Banda Muerta
Kd
V ref
Servo principal
Según la metodología de trabajo planteada, este esquema de bloques es el propuesto inicialmente para
las simulaciones, el cual sin embargo puede sufrir modificaciones de acuerdo a los estudios de aproximación
entre variables/respuestas medidas y aquellas simuladas. Habida consideración de ello y desde el punto de vista
gráfico, las mediciones logradas de los diversos ensayos han permitido obtener los siguientes parámetros:
Estatismo (%) 1,8
Banda Muerta (mHz) 118
Si bien dichos parámetros representan valores preliminares y pueden sufrir cambios, por cuanto los definitivos se
obtendrán del proceso matemático de identificación/estimación, se destaca que el valor del estatismo se ha
calculado de la respuesta del sistema ante un rechazo de carga, tal como se aprecia en la Figura 101-2, mientras
que la evaluación de la banda muerta surge de la Figura 101-3.
INFORME FINAL
PAG. 15
DIgSILENT
50.55
374.690 s
50.508
50.38
50.22
381.986 s
50.390
50.06
49.89
49.73
320.0
350.0
380.0
410.0
440.0
[s]
410.00
440.00
470.0
Constante X =382.079 s
230.00
220.00
210.00
200.00
190.00
320.00
350.00
380.00
[s]
470.00
Input Signals: Servo
Edelaysen
Evaluacion de la Banda Muerta
Frec / Servo(1)
Figura 101-3: Registros simultáneos de frecuencia y posición del servo
Esquema en bloques final identificado según simulaciones
Empleando las herramientas de estimación de parámetros que posee Power Factory, junto a las mediciones antes
descritas, a continuación se presentan los resultados alcanzados. Para efectos de simplicidad durante el proceso
de estimación, se ha simulado conjuntamente el impulsor y el regulador de velocidad (PMU y PCO). Se destaca
que ello no tiene efecto alguno sobre la validez de los resultados, por cuanto igual se obtienen todos los bloques
y sus parámetros respectivos. En este contexto, la estructura identificada para estos bloques es la indicada en el
Gráfico 101-1. Por su parte la Tabla 101-2 muestra los parámetros asociados. Finalmente el Gráfico 101-2 ilustra
la comparación entre una variable medida y aquella estimada, lo cual permite obtener una visión gráfica de la
aproximación del modelo propuesto.
Referente al siguiente esquema en bloques, en comparación al propuesto, se debe observar que si bien los
bloques no están separados por funciones independientes, las funciones están incluidas en un sólo bloque. Ello se
debe a la representación del sistema a simular en lenguaje del programa Power Factory.
INFORME FINAL
PAG. 16
pmu_MAN 101:
ytyLR
I-cntrl
Ti,Tv
sp0
pt0
ytmax
speed
PT1
Tm
spm-
yd
PDT1
bp,T,Td
yto..
yRd
yR
-
Db_D
dbL,dbR,Ty
yiR
1/s(1)
yi2
DieselUnit
TDiesel
ptD
-
pt
ytmin
Gráfico 101-1: Estructura identificada del PMU-PCO
INFORME FINAL
PAG. 17
Descripción
Simbolo
Valor
Unidad
Consante de tiempo de la medicion
Tm
0,0100
Segundos
bp
3,4600
%
Constante derivativa
Td
0,4336
Segundos
Constante de tiempo
T
0,0566
Segundos
Tdiesel
0,0800
Segundos
Constante de tiempo del servo
Ty
0,0420
Segundos
Constante de tiempo amortiguador
Ti
40,0000
Segundos
Constante de tiempo amortiguador
Tv
0,1270
Segundos
Banda Muerta
BM
118,0000
mHz
Tabla 101-2: Parámetros identificados del PMU-PCO
INFORME FINAL
PAG. 18
1.016
1.012
1.008
1.004
1.000
0.996
0.00
0.80
ReCalc: Measured Generator Speed
pmu_MAN 101: Simulated Generator Speed
1.600
2.400
3.200
[s]
4.000
0.80
ReCalc: Measured Fuel Rack Position
pmu_MAN 101: Simulated Fuel Rack Position
1.600
2.400
3.200
[s]
4.000
0.20
0.16
0.12
0.08
0.04
-0.00
-0.04
0.00
Gráfica 101-2: Comparación variables medidas v/s variables simuladas
Desempeño mínimo de la regulación de velocidad / potencia
Los valores indicadores del desempeño mínimo de la regulación de velocidad / potencia (respuesta primaria) se
presentan en la Tabla 101-3 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 101-4.
Descripción
Símbolo
Valor
Banda de potencia ± 10%
∆P±
10%
+982
- 893
Tiempo de
establecimiento
T
Banda Muerta
Gradiente de toma
carga*
de
Valor
Aceptable
Unidad
x
Kilovatios
7,823
<30
Segundos
BM
118
<50
MHz
P tc
3,4
X
MW /
min.
est
Nota: * usualmente empleada para regulación secundaria
Tabla 101-3: Parámetros de desempeño mínimo del PCO identificados
INFORME FINAL
PAG. 19
1.000
DIgSILENT
Constant(1) y= 0.983
Constant y= 0.938
0.89
50.476 s
0.79
0.68
42.653 s
0.492
0.58
0.47
42.30
44.44
46.58
48.72
50.86
Respuesta temporal de potencia
Edelaisen
Tiempo de establecimiento
[s]
53.00
Subplot/Diagramm
Date: 12/13/2005
Annex: /10
Figura 101-4: Respuesta temporal de la potencia ante variación de su set-point
4.1.3 Regulador automático de tensión – VCO –
Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del VCO, datos que han sido aportados por Edelaysen.
Fabricante :
COSIMAT N for DIDBN Alternador
Voltage control
Messurm ent
Messurm ent
Ix
G
INFORME FINAL
Generator
field
PE
PAG. 20
Esquema en bloques
Tension
Tension de campo
Medicion de
tension
Corriente
Com paracion y
com pensacion
Regulador
Generador
de pulsos
Puente de
Tiristores
Exitatriz
auxiliar
Exitatriz
principal
Medicion de
corriente y
Droop
Al igual que en la identificación del modelo del PCO, la metodología de trabajo planteada, supone que este
esquema de bloques del VCO es el propuesto inicialmente para las simulaciones, el cual sin embargo puede sufrir
modificaciones de acuerdo a los estudios de aproximación entre variables/respuestas medidas y aquellas
simuladas.
descritas, a continuación se presentan los resultados alcanzados. La estructura identificada para el VCO es la
indicada en el Gráfico 101-3. Por su parte la Tabla 101-4 indica los parámetros asociados. Finalmente el Gráfico
101-4 muestra la comparación entre una variable medida y aquella estimada, ello permite obtener una visión
gráfica de la aproximación del modelo propuesto.
INFORME FINAL
PAG. 21
vco_AVK-Cosimat-N:
Vs
u
1/(1+sT) or 1
Tm
um
-
Efdmx
Vrmax
yi1
vt
PDT1
Ka,Ta,Td
1/(1+sT)
Te
Efdmn
Vrmin
Gráfico 101-3: Estructura identificada del VCO
Descripción
Simbolo
Valor
Unidad
Consante de tiempo de la medición
Tm
0,095
Segundos
Ganancia
Ka
21,000
p/u
Retardo de la ganancia
Ta
0,097
Segundos
Td
0,000
Segundos
Constante de tiempo de exitatriz
Tex
0,008
Segundos
Tensión mínima de exitación
Edfmin
0,000
Volt
Tensión máxima de exitación
Efmax
48,000
Volt
Tabla 101-4: Parámetros identificados del VCO
INFORME FINAL
PAG. 22
1.08
1.06
1.04
1.02
1.00
0.98
0.00
0.80
ReCalc: Measured Terminal Voltage
MAN 01: Closed Loop Response
1.597
2.395
3.193
[s]
Gráfica 101-4: Comparación tensión de salida medida v/s tensión simulada
Desempeño mínimo de la regulación de tensión
Los valores indicadores del desempeño mínimo de la regulación de tensión se presentan en la Tabla 101-5 y se
han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 101-5.
INFORME FINAL
PAG. 23
3.992
Descripción
Símbolo
Banda ± 5%
∆V ± 5%
Tiempo de
Establecimiento
Valor Máximo de
Sobre oscilación
Tiempo de Sobre
oscilación
Tiempo de
Crecimiento
Variación de set
point efectuada
Valor
Valor
medido aceptable
3.520,72
x
-3.511,75
x
Unidad
Volts
Test
0,944
<3
Seg.
∆Vosc
5.55
< 15
%
Tosc
0,704
x
Seg.
Tcre
0,339
< 0,550
Seg.
∆Vg
2,62
x
%
Tabla 101-5: Parámetros de desempeño mínimo del VCO identificados
Figura 101-5: Respuesta temporal de la tensión ante variación de su set-point
INFORME FINAL
PAG. 24
4.2 Unidad de Generación – MAN 102 –
4.2.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PMU, datos que han sido aportados por Edelaysen.
Tipo
Fabricante
Modelo
Potencia
Tipo de combustible
Velocidad
Arranque
Modo de operación
:
:
:
:
:
:
:
:
:
MAN / Dinamarca
9L28/32 H
1993
2.500 KVA – 1.915 KW
Diesel oil
750 rpm
Semi base y punta
Potencia m ecánica
1/ 1+Tm s
Impulsor del generador
INFORME FINAL
PAG. 25
Característica Servo/Potencia activa
Eje Y: Potecia Activa [KW]
Eje X: Posicion Servo [%]
1608
1301
987
692
403
120
0
100
82.05
64.10
46.15
28.20
10.25
2.59
Descripción
Símbolo
Valor
Unidad
Tdiesel
0,08
Segundos
Ta
3,90
Segundos
En los gráficos siguientes se observa la evolución de las variables (frecuencia de la maquina, posición del servo
motor principal, potencia activa) ante un rechazo de carga de la unidad. A partir de esta información es posible,
por métodos geométricos, obtener un indicador de la inercia del grupo motor generador: Tiempo de Lanzamiento
(Ta). Esta se ha presentado en la Tabla 102-1 y se encuentra ilustrado en la Figura 102-2. Se debe destacar que
esta unidad MAN 102 y la MAN 101 son gemelas, por lo que salvo los parámetros obtenidos gráficamente, los
modelos de PMU y PCO son idénticos, tanto en estructura como en parámetros.
INFORME FINAL
PAG. 26
51.68
DIgSILENT
59.690 s
51.607
51.36
Comportamiento sobreamortiguado
51.04
50.71
58.986 s
50.140
50.39
50.07
50.00
55.00
Constant y= 50.501
60.00
65.00
70.00
[s]
75.00
20.33
58.986 s
19.358
17.93
Valor estable
69.610 s
10.464
15.53
13.13
10.73
8.327
50.00
55.00
0.34
60.00
65.00
70.00
[s]
75.00
58.666 s
0.323
0.27
0.20
0.13
0.06
-0.017
50.00
55.00
60.00
65.00
Rechazo de potencia activa
Edelaisen
70.00
[s]
Frec / Servo
75.00
Date: 12/16/2005
Annex: /3
4.2.2 Regulador automático de velocidad – PCO Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PCO, datos que han sido aportados por Edelaysen.
Fabricante
Modelo
Modo de operación
:
:
:
Woodward
UG – 8
INFORME FINAL
PAG. 27
Regulador
electronico
Amplif icador
hidraulico
Valor de
ref erencia
A ctuador
Servo
principal
Aire
Energia
auxiliar
Presion
auxiliar
Bombas de
inyeccion
Medicion
…………………..
Fuell
Eje
Motor de combustion
interna
Esquema en bloques
Kp
To
V med
1/1+Tm s
1/1+T1s
Medicion
Actuador y valv. piloto
1/s
1/T2
Tc
Banda Muerta
Kd
V ref
Servo principal
Al igual que para la unidad MAN 101, este esquema de bloques es el propuesto inicialmente, y puede ser
adaptado durante el proceso de identificación/estimación. Habida consideración de ello, desde el punto de vista
gráfico las mediciones logradas durante los diversos ensayos han permitido obtener los siguientes parámetros
para esta unidad:
Estatismo (%) 4,28
El valor del estatismo se calcula de la respuesta del sistema ante un rechazo de carga, tal como se aprecia en la
Figura 102-2, mientras que la evaluación de la banda muerta surge de la Figura 102-3.
INFORME FINAL
PAG. 28
DIgSILENT
50.78
221.602 s
50.169
Cambio de sentido en la variacion de frecuencia
50.60
204.962 s
50.035
50.41
50.23
50.04
49.86
140.0
172.0
204.0
236.0
268.0
[s]
300.0
30.19
Respuesta ala variacion
27.18
Constante(1) Y = 26.000
24.16
21.15
18.14
15.12
140.0
172.0
204.0
236.0
268.0
[s]
300.0
Edelaysen
Frec / Servo(1)
Tal cual se ha indicado, esta unidad y la MAN 101 son, desde el punto de vista de su modelación, idénticas. En
este contexto, la estructura asignada para los bloques PMU-PCO de esta unidad, corresponde a aquella
representada en la Gráfica 101-1, mientras que los parámetros corresponden a los señalados en la Tabla 101-2
Descripción
Símbolo
Banda de potencia ±
10%
∆P ± 10%
Valor
medido
Valor
Aceptable
Unidad
x
Kilovatios
Tiempo de
establecimiento
Test
12,29
< 30
Segundos
Banda Muerta
BM
135
< 50
mHz
Gradiente de toma de
3,40
X
MW / min.
Ptc
carga*
* Solamente se solicita para maquinas que efectúan la regulación secundaria
INFORME FINAL
PAG. 29
DIgSILENT
0.42
0.39
0.36
38.558 s
0.380
Inicio de estabilización
0.33
Inicio de Prueba
0.31
26.270 s
0.284
0.28
20.00
25.10
30.20
35.30
40.40
Variación del set point con carga
Edelaisen
[s]
45.50
Power
Date: 12/15/2005
Annex : /11
4.2.3 Regulador automático de tensión – VCO Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del VCO, datos que han sido aportados por Edelaysen.
Fabricante :
COSIMAT N for DIDBN Alternador
Voltage control
Me ss urm ent
Me s surm e nt
Ix
G
INFORME FINAL
Generator
field
PE
PAG. 30
Esquema en bloques
Tension
Tension de campo
Medicion de
tens ion
Corriente
Com paracion y
com pensacion
Regulador
Generador
de pulsos
Pue nte de
Tiristores
Exitatriz
principal
Exitatriz
auxiliar
Medicion de
corrie nte y
Droop
Tal cual se ha indicado previamente, dicha estructura es un representación inicial y por ende puede sufrir
cambios, durante el proceso se identificación/estimación de parámetros. Por otro lado, por cuanto se trata de
modelos de unidades generadoras gemelas, los parámetros que se asignarán al VCO corresponderán a los
identificados para la unidad MAN 101.
La estructura asignada para el VCO de esta unidad, corresponde a aquella representada en la Gráfica 101-3,
mientras que los parámetros corresponden a los señalados en la Tabla 101-4.
Valor
medido
3.569,68
3.559,91
Valor
aceptable
x
x
Test
3.01
<3
Seg.
∆Vosc
45
< 15
%
Tosc
0.9
x
Seg.
Tcre
0,326
< 0,550
Seg.
∆Vg
2,82
x
%
Descripción
Símbolo
Banda ± 5%
∆V ± 5%
Tiempo de
Establecimiento
Valor Máximo de
Sobre oscilación
Tiempo de Sobre
oscilación
Tiempo de
Crecimiento
Variación de set
point efectuada
Unidad
Volts
INFORME FINAL
PAG. 31
DIgSILENT
3640.
17.894 s
3608.649
3600.
Constant(1) y=3569.680
Constant y=3564.796
3560.
20.006 s
3559.095
3520.
16.998 s
3467.141
3480.
17.212 s
3440.
13.00
16.40
19.80
23.20
26.60
[s]
30.00
Voltage A: RMS-Value A
Respuesta del regulador de tensión
Edelaisen
TENSION generador
Date: 12/15/2005
Annex: /10
Figura 102-5: Respuesta temporal de la tensión ante una desconexión de potencia reactiva (variación indirecta
del set-point)
4.3 Unidad de Generacion – CAT 103 –
4.3.1 Impuesto del generador eléctrico – PMU Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PMU, datos que han sido aportados por Edelaysen.
Tipo
Fabricante
Modelo
Ano de fabricación
Potencia
Tipo de combustible
Velocidad
Modo de operación
:
:
:
:
:
:
:
:
Caterpillar / Canadá
3608
1997
2.937 kVA – 2.350 KW
Diesel oil
1.000 rpm
Semi base y punta
Potencia m ecánica
1/ 1+Tm s
Impulsor del generador
INFORME FINAL
PAG. 32
DIgSILENT
2.109
1.702
1.295
0.89
0.48
0.07
29.68
x-Axis:
30.44
31.20
31.96
32.71
33.47
Descripción
Símbolo
Valor
Unidad
Tdiesel
0,005
Segundos
Ta
4,30
Segundos
motor principal, potencia activa) ante un rechazo de carga de la unidad.
INFORME FINAL
PAG. 33
Al respecto, tal cual se ha indicado, a partir de esta información es posible por métodos geométricos, obtener un
indicador de la inercia del grupo motor generador: Tiempo de Lanzamiento (Ta). Esta se ha presentado en la
Tabla 103-1 y se encuentra ilustrado en la Figura 103-2. La constante Tdiesel indicada en la Tabla señalada, se
DIgSILENT
obtuvo por métodos computacionales y mantiene el mismo significado antes descrito.
50.87
16.502 s
50.827
50.69
16.118 s
50.045
50.51
50.33
50.14
49.96
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
[s]
35.00
20.00
25.00
30.00
[s]
35.00
30.45
30.11
29.78
29.44
29.11
28.77
10.00
15.00
0.58
0.46
16.118 s
0.507
0.34
0.22
0.09
-0.028
10.00
15.00
20.00
25.00
Desconexion de potencia activa - Cat 103
Edelaysen
30.00
[s]
35.00
Frec / Servo / Pot
Fabricante
Modelo
Modo de operación
:
:
:
Woodward
UG – 8
INFORME FINAL
PAG. 34
Regulador
electronico
Regulador y amplificador
mecanico-hidraulico
Valor de
referencia
Actuador
Servo
principal
Aire
Energia
auxiliar
Presion
auxiliar
Bombas de
inyeccion
…………………..
Fuell
Medicion
Eje
Motor de combustion
interna
Esquema en bloques
Senal
electrica de
la velocidad
Droop
electronico
Actuador
PT1
BM
Servo principal
Senal
mecanica de
velocidad
Droop
mecanico
PT1
Según la metodología de trabajo este esquema de bloques es el propuesto inicialmente para las simulaciones, el
cual sin embargo puede sufrir modificaciones de acuerdo a los estudios de aproximación entre
variables/respuestas medidas y aquellas simuladas. Habida consideración de ello y desde el punto de vista
gráfico, las mediciones logradas en los diversos ensayos han permitido obtener los siguientes parámetros:
Estatismo electrónico (%) 0,00
Estatismo mecánico (%) 3,52
INFORME FINAL
PAG. 35
Si bien dichos parámetros representan valores preliminares y pueden sufrir cambios, por cuanto los definitivos se
obtendrán del proceso matemático de identificación/estimación, se destaca que el valor del estatismo
permanente mecánico se ha calculado de la respuesta del sistema ante un rechazo de carga, tal como se aprecia
en la Figura 103-2, mientras que la evaluación de la banda muerta surge de la Figura 103-3. La existencia de dos
estatismos se explica a continuación.
DIgSILENT
En el esquema de bloques se observa que este regulador cuenta con dos ajustes de estatismo, uno mecánico y
uno electrónico. El valor indicado según la evaluación gráfica, se ha obtenido con un ajuste igual a cero del
estatismo electrónico, dicho valor se denomina estatismo o droop permanente global. Con el fin de contar con un
sólo ajuste del estatismo global (estatismo equivalente o conjunto), se procedió a obtener una escala que
permitiera vincular el estatismo global con el estatismo electrónico (este se puede ajustar fácilmente). Para ello
se efectuaron ensayos con diversos ajustes del estatismo electrónico, a fin de obtener dicha relación.
Constante X = 6.810 s
50.33
50.26
2.710 s
49.999
50.19
50.12
50.05
50.030
49.98
-10.03
-2.021
5.985
13.99
21.99
[s]
30.00
13.99
21.99
[s]
30.00
29.81
29.55
29.28
29.02
28.76
28.49
-10.03
Edelaysen
-2.021
5.985
Banda Muerte
Frec / Servo / Pot
Gráfico 103-1. Por su parte la Tabla 103-2 indica los parámetros asociados. Finalmente el Gráfico 103-2 muestra
la comparación entre una variable medida y aquella estimada, ello permite obtener una visión gráfica de la
INFORME FINAL
PAG. 36
pmu_CAT 103:
sp0m
-
ydm
100/bp(m)
bpm
yRm
spmm
PT1m
Tmm
sp0e
ytmax
pt0
spme
PT1e
Tme
speed
-
yde
100/bp(e)
bpe
yi
(1/(1+sT1+ssT2))
Ts1,Ts2
yRd
yRe
-
Db_D
dbL,dbR,Ty
yiR
1/s
ytout
DieselUnit
TDiesel
ptD
-
pt
ytmin
INFORME FINAL
PAG. 37
Descripción
Símbolo
Valor
Unidad
Tmm
0,010
Segundos
Tme
0,050
Segundos
Estatismo permanente mecánico
bpm
5,000
%
Estatismo permanente electronico
bpe
60,000
%
Constante de tiempo del actuador
Ts1
0,016
Segundos
Constante de tiempo del actuador
Ts2
0,013
Segundos
Constante de tiempo del servo
Ty
0,175
Segundos
Tdiesel
0,005
Segundos
BM
31,000
mHz
Constante de tiempo de la medición
mecánica
electrónica
Banda Muerta
INFORME FINAL
PAG. 38
1.020
1.016
1.012
1.008
1.004
1.000
0.996
-0.500
0.80
ReCalcPmu: Measured Generator Speed
pmu_CAT 103: Simulated Generator Speed
2.100
3.400
4.700
[s]
6.000
0.80
ReCalcPmu: Measured Fuel Rack Position
pmu_CAT 103: Simulated Fuel Rack Position
2.100
3.400
4.700
[s]
6.000
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
-0.10
-0.500
Los valores indicadores del desempeño mínimo de la regulación de velocidad / potencia (respuesta primaria), no
han podido ser obtenidos por la imposibilidad de lograr una respuesta del regulador válida para su evaluación.
4.3.3 Regulador automático de tensión – VCO
Fabricante:
KATO VR 760
INFORME FINAL
PAG. 39
Voltage control
Me ss urm ent
Me s surm e nt
Ix
G
Generator
field
PE
Esquema en bloques
Tension
Tension de campo
Medicion de
tens ion
Corriente
Com paracion y
com pensacion
Regulador
Generador
de pulsos
Pue nte de
Tiristores
Exitatriz
auxiliar
Exitatriz
principal
Medicion de
corrie nte y
Droop
simuladas.
INFORME FINAL
PAG. 40
vco_KATO VR760:
Vs
u
1/(1+sT) or 1
Tm
um
-
Efdmx
Vrmax
yi1
vt
PDT1
Ka,Ta,Td
Vrmin
1/(1+sT)
Te
Efdmn
Descripción
Símbolo
Valor
Unidad
Tm
0,0547
Segundos
Ganancia
Ka
38,8837
p/u
Ta
1,7183
Segundos
Td
0,1333
Segundos
Tex
0,0003
Segundos
Edfmin
0,0000
Volt
Efmax
100,0000
Volt
INFORME FINAL
PAG. 41
1.08
1.06
1.04
1.02
1.00
0.98
0.96
0.00
2.000
CAT 103: Closed Loop Response
4.000
6.000
8.000
[s]
10.00
Descripción
Símbolo
Banda ± 5%
∆V ± 5%
Valor
medido
3.477,00
3.472,00
Valor
aceptable
x
x
Unidad
Volts
Tiempo de
Establecimiento
Valor Máximo de Sobre
oscilación
Tiempo de Sobre
oscilación
Test
4,40
<3
Seg.
∆Vosc
20
< 15
%
Tosc
2
x
Seg.
Tiempo de Crecimiento
Tcre
1,21
< 0,550
Seg.
Variación de set point
efectuada
∆Vg
4,16
x
%
INFORME FINAL
PAG. 42
DIgSILENT
3500.00
8.990 s
3486.616
Constante(2) Y =3477.800
3475.00
Constante Y =3474.971
8.158 s
3469.098
10.910 s
3472.123
3450.00
6.942 s
3421.545
6.494 s
3415.246
3425.00
3400.00
3375.00
-10.03
-4.021
Voltage A: RMS-Value C
1.985
7.990
Respuesta del regulador de tension a una variacion en su set-point
Edelaysen
13.99
[s]
20.00
Voltage
4.4 Unidad de Generación – CAT 104 4.4.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PMU, datos que han sido aportados por
Edelaysen.
Tipo
Fabricante
Modelo
Potencia
Tipo de combustible
Velocidad
Arranque
Modo de operación:
:
:
:
:
:
:
:
:
3516/B
2001
2.500 KVA – 1.825 KW
Diesel oil
750 rpm
Semi base y punta
INFORME FINAL
PAG. 43
Pos ición de l servo principal
Ingreso de com bus tible
Potencia m ecánica
1/ 1+Tm s
Característica: Servo/Pote ncia
Im pulsor de l generador
Característica: Servo / Potencia
Cabe destacar que este modelo de motor impulsor de Caterpillar, cuenta con un regulador de velocidades cuya
señal de salida actúa directamente, en forma de pulsos eléctricos, sobre la bomba inyectora, lo cual impide la
determinación, mediante mediciones, de una característica salida / entrada.
Descripción
Símbolo
Valor
Unidad
Tdiesel
0,02
Segundos
Ta
3,00
Segundos
Tiempo de Lanzamiento (Ta). Esta se ha presentado en la Tabla 104-1 y se encuentra ilustrado en la
Figura 104-1.
INFORME FINAL
PAG. 44
DIgSILENT
Constant(1) y= 3.928* /s*x-293.943
51.42
51.14
87.744 s
50.753
50.86
50.58
50.30
87.590 s
50.151
50.02
80.00
84.00
88.00
92.00
96.00
[s]
100.0
0.44
87.590 s
0.382
0.34
0.25
0.16
0.07
-0.021
80.00
84.00
88.00
92.00
96.00
Edelaisen
[s]
100.0
Frec / Pot
Date: 12/20/2005
Annex: /3
Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PCO, datos que han sido aportados por Edelaysen.
Fabricante
Modelo
Modo de operación
:
:
:
Woodward
2301 A
Regulador
electronico
Amplificador
electrico
Valor de
referencia
Actuador
Senal
electrica
Aire
Fuell
Energia
auxiliar
Energia
auxiliar
Bombas de
inyeccion
…………………..
Medicion
Eje
Motor de combustion
interna
INFORME FINAL
PAG. 45
Esquema en bloques
To
1/
Kp/1+T1 s
1+T2 s
Regulador
DB
Bomba
inye ctora
Tc
Según la metodología de trabajo planteada, este esquema de bloques es el propuesto inicialmente para las
simulaciones, el cual sin embargo puede sufrir modificaciones de acuerdo a los estudios de aproximación entre
Estatismo (%) 2,92
50.30
214.502 s
50.197
50.25
50.20
DIgSILENT
50.35
Constant X =217.264 s
Si bien estos parámetros representan valores preliminares y pueden sufrir cambios, por cuanto los definitivos se
obtendrán del proceso matemático de identificación/estimación, se destaca que el valor del estatismo se ha
calculado de la respuesta del sistema ante un rechazo de carga, tal como se aprecia en la Figura 104-1, mientras
que la evaluación de la banda muerta surge de la Figura 104-2.
217.267 s
50.165
50.15
50.10
50.05
160.0
176.0
192.0
208.0
224.0
[s]
240.0
1.28
213.530 s
1.168
1.24
1.20
1.16
1.12
1.08
1.04
160.00
180.00
200.00
220.00
[s]
240.00
Edelaysen
Banda Muerta
Freq / Potencia
Figura 104-2: Registros simultáneos de frecuencia y potencia activa
INFORME FINAL
PAG. 46
Gráfico 104-1. Por su parte la Tabla 104-2 muestra los parámetros asociados. Finalmente el Gráfico 104-2 ilustra
la comparación entre una variable medida y aquella estimada, ello permite obtener una visión gráfica de la
pmu_CAT 104 / Woodward 2301 A SpCntrl:
sp0
max
spme
PT1e
Tm
0
-
u
PID_lim
Kp,Ki,Kd
yo
yPr
speed
min
ytmax
yRd
uR
-
Db_D
dbL,dbR,Ty,Tyo,Tyc
yiR
1/s
pt0
ytout
DieselUnit
TDiesel
ptD
-
pt
ytmin
yP
yi
bp/100
bp
pgt
PT1
Tpm
pgm-
pg0
1
INFORME FINAL
PAG. 47
Descripción
Símbolo
Valor
Unidad
Tmm
0,080
Segundos
Tme
0,005
Segundos
bpm
3,300
%
Factor proporcional
Kp
15,939
p/u
Constante de integración
Ki
0,479
p/u
Kd
0,115
p/u
Constantes de tiempo del servo
Ty,Tyo,Tyc
0,120
Segundos
Tdiesel
0,020
Segundos
Límite apertura servo máxima
Ytmax
1,000
p/u
Límite apertura servo mínima
Ytmin
0,000
p/u
BM
35,000
mHz
Constante de tiempo de medición de
velocidad
de potencia
Banda Muerta
INFORME FINAL
PAG. 48
1.03
1.02
1.01
1.00
0.99
0.00
2.000
pmu_CAT 104: Simulated Generator Speed
4.000
6.000
8.000
[s]
10.00
2.000
4.000
pmu_CAT 104: Simulated Controller Output Signal
6.000
8.000
[s]
10.00
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
-0.10
0.00
Gráfica 104-2: Comparación variable medida v/s variable simulada
Descripción
Símbolo
Valor
medido
Valor
Aceptable
Unidad
10%
∆P ± 10%
0,533 / 0,573
x
Kilovatios
Tiempo de
establecimiento
Test
6,88
< 30
Segundos
Banda Muerta
BM
x
< 50
mHz
1,75
X
MW / min.
Ptc
carga*
INFORME FINAL
PAG. 49
DIgSILENT
0.77
180.558 s
0.754
0.72
Inicio de prueba
0.67
0.62
Inicio de estabilización
187.470 s
0.572
0.57
Constant y= 0.553
0.52
178.0
180.6
183.2
185.8
188.4
Variación de set point con carga
Edelaisen
[s]
191.0
Power
Date: 12/21/2005
Annex: /10
Fabricante
Modelo
Lugar de fabricación
:
:
:
Caterpillar
SR4, SR4B (Generator Voltage Regulator)
EE.UU.
Voltage control
Messurm ent
Messurm ent
Ix
G
INFORME FINAL
Generator
field
PE
PAG. 50
Esquema en bloques
Tension
Tension de campo
Medicion de
tension
Corriente
Com paracion y
com pensacion
Regulador
Generador
de pulsos
Puente de
Tiristores
Exitatriz
auxiliar
Exitatriz
principal
Medicion de
corriente y
Droop
Análogamente a la identificación del modelo del PCO, la metodología de trabajo planteada, supone que este
simuladas.
Bajo la premisa señalada anteriormente, y empleando las herramientas de estimación de parámetros que posee
Power Factory, junto a las mediciones antes descritas, a continuación se presentan los resultados alcanzados. La
estructura identificada para el VCO es la indicada en el Gráfico 104-3. Por su parte la Tabla 104-4 indica los
parámetros asociados. Finalmente el Gráfico 104-4 muestra la comparación entre una variable medida y aquella
estimada, ello permite obtener una visión gráfica de la aproximación del modelo propuesto.
INFORME FINAL
PAG. 51
vco_KATO VR760:
Vs
u
1/(1+sT) or 1
Tm
um
-
Efdmx
Vrmax
yi1
PDT1
Ka,Ta,Td
ue0
(1/(1+sT1+ssT2))
T1,T2
ue1
Vrmin
1/(1+sT)
Te
Efdmn
INFORME FINAL
PAG. 52
Descripción
Símbolo
Valor
Unidad
Tm
0,000
Segundos
Ganancia
Ka
11,185
p/u
Ta
0,000
Segundos
Retardo del puente de tiristores
T1
0,040
Segundos
Retardo del puente de tiristores
T2
0,009
Segundos
Td
0,000
Segundos
Tex
0,000
Segundos
Edfmin
0,000
Volt
Efmax
24,000
Volt
INFORME FINAL
PAG. 53
1.08
1.06
1.04
1.02
1.00
0.98
0.96
0.00
1.600
CAT 104: Closed Loop Response
3.200
4.800
6.400
[s]
8.000
Descripción
Símbolo
∆V ± 5%
Banda ± 5%
Valor
232,38
Unidad
Volts
232,00
Test
3,48
Segundos
∆Vocil
0,00
%
Tiempo de Sobreoscilación
TOSI
2,20
Segundos
Tcre
2,06
Segundos
Variación de set point efectuada
∆Vg
1,67
%
Tiempo de Establecimiento
Valor Máximo de Sobreoscilación
INFORME FINAL
PAG. 54
DIgSILENT
233.0
Constant y=232.193
232.0
15.651 s
15.572 s
16.858 s
231.991
231.0
230.0
229.0
13.377 s
228.378
13.511 s
Inicio
de Prueba
228.0
12.00
14.60
17.20
19.80
22.40
[s]
25.00
Voltage
Date: 12/20/2005
Edelaisen
Respuesta del regulador de tension
Annex: /8
4.5 Unidad de Generación – CAT 105 Se debe destacar que en la propuesta de medición y estimación de modelos acordada, esta unidad no fue
considerada para ser medida y modelada, esencialmente por su carácter de unidad de respaldo. No obstante,
dada la presencia de los equipos de medición en el área, igual se acordó ensayarla y medirla, para determinar los
principales parámetros obtenidos gráficamente. Por otro lado, considerando que existe una similitud de sus
controladores de velocidad y tensión, con aquellos de otras unidades Caterpillar, eventualmente también es
posible obtener mediante los procedimientos de estimación computacionales, un detalle de la estructura y
particularmente de los parámetros asociados. Se deja entonces planteada la posibilidad para que, posteriormente,
dichos modelos sean desarrollados con la información de medidas recolectada. En este contexto, se presenta
seguidamente la información recolectada de esta unidad.
INFORME FINAL
PAG. 55
4.5.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PMU, datos que han sido aportados por
Edelaysen.
Tipo
Fabricante
Modelo
Potencia
Tipo de combustible
Velocidad
Arranque
Modo de operación
:
:
:
:
:
:
:
:
:
3512
1976
975 KVA – 708 KW
Diesel oil
750 rpm
Autónomo, por acumulador de energía eléctrica
Reserva caliente
Potencia m ecánica
1/ 1+Tm s
INFORME FINAL
PAG. 56
Característica Servo/Potencia activa
Valores eje Y Valores en eje
en KW
X en %
0,679
100,00
0,536
80,00
0,395
60,00
0,238
40,00
0,117
20,00
0,000
2,50
Descripción
Símbolo
Valor
Tdiesel
Ta
Unidad
Segundos
3,94
Segundos
INFORME FINAL
PAG. 57
DIgSILENT
Tiempo de Lanzamiento (Ta). Esta se ha presentado en la Tabla 105-1 y se encuentra ilustrado en la Figura 1052. El valor de Tdiesel se debe obtener del proceso computacional de estimación de parámetros.
Constant(3) y= 4.619* /s*x-64.067
53.94
53.12
52.29
25.265 s
52.628
24.957 s
51.209
24.650 s
50.008
51.47
50.64
Inicio de prueba
49.82
23.00
25.40
27.80
30.20
32.60
[s]
35.00
364.7
357.8
350.9
343.9
24.650 s
331.840
337.0
330.1
23.00
25.40
0.27
27.80
30.20
27.80
30.20
32.60
[s]
35.00
24.701 s
0.257
0.22
0.16
0.10
0.04
-0.013
23.00
25.40
Edelaisen
32.60
[s]
Frec / Servo / Pot
35.00
Date: 12/21/2005
Annex: /3
Fabricante
Modelo
Tipo
Modo de operación
:
:
:
:
Woodward
2301-A
Electrónico / actuador / amplificador hidráulico / servo /bombas de inyección
INFORME FINAL
PAG. 58
Valor de
referencia
Regulador
electronico
Amplificador
hidraulico
Actuador
Servo
principal
Aire
Energia
auxiliar
Presion
auxiliar
Bombas de
inyeccion
Medicion
…………………..
Fuell
Eje
Motor de combustion
interna
Esquema en bloques
To
V med
Kp
1/1+Tm s
Medicion
1/1+T1s
Actuador
1/s
1/T2
Tc
Banda Muerta
V ref
Servo principal
Como antes descrito, este esquema de bloques representa una propuesta inicial para las simulaciones,
que puede sufrir modificaciones de acuerdo a los estudios de aproximación entre variables/respuestas
medidas y aquellas simuladas. Dicho proceso no se llevó a cabo en este Informe. Sin embargo, desde
el punto de vista gráfico, las mediciones logradas de los diversos ensayos han permitido obtener los
siguientes parámetros:
Estatismo (%) 4,24
El valor del estatismo se ha calculado de la respuesta del sistema ante un rechazo de carga, tal como
se aprecia en la Figura 105-2, mientras que la evaluación de la banda muerta surge de la Figura
105 - 3.
INFORME FINAL
PAG. 59
DIgSILENT
50.30
50.25
50.230
50.20
62.256 s
50.281
50.15
50.11
50.06
60.00
74.00
88.00
102.0
116.0
[s]
130.0
Constante(1) X = 68.423 s
301.4
299.1
296.9
294.7
293.463
293.450
292.4
290.2
60.00
74.00
Edelaysen
88.00
102.0
116.0
[s]
130.0
Frec / Servo
Descripción
Símbolo
Valor
medido
Valor
Aceptable
Unidad
10%
∆P ± 10%
0,784 / 0,744
x
Kilovatios
Tiempo de
establecimiento
Test
9,74
< 30
Segundos
Banda Muerta
BM
51
< 50
mHz
0,62
X
MW / min.
Ptc
carga*
INFORME FINAL
PAG. 60
DIgSILENT
0.80
Constant y= 0.764
0.75
183.701
0.743
0.70
0.65
0.60
173.957 s
0.564
0.55
172.0
175.6
179.2
182.8
186.4
Variacion del set point con carga
Edelaisen
[s]
190.0
Power
Date: 12/21/2005
Annex: /10
Fabricante
Modelo
:
:
:
KATO
KCR 760
EE.UU.
Volta ge control
Mes surm ent
Messurm e nt
Ix
G
INFORME FINAL
Gene rator
fie ld
PE
PAG. 61
Esquema en bloques
Tension
Tension de campo
Com paracion y
com pensacion
Medicion de
tension
Corriente
Regulador
Generador
de pulsos
Puente de
Tiristores
Exitatriz
auxiliar
Exitatriz
principal
Medicion de
corriente y
Droop
Dicho esquema es una propuesta inicial, que puede sufrir modificaciones de acuerdo a los estudios de
aproximación entre variables/respuestas medidas y aquellas simuladas. Por cuanto este último proceso no se
llevó a cabo en este Informe, ello no se presenta. Sin embargo, por tratarse de un VCO similar, se propone
emplear la estructura desarrollada para la unidad CAT 103, con parámetros del orden planteado. Eventualmente,
con la mediciones logradas, será posible obtener un modelo más fidedigno de la realidad de la unidad.
Descripción
Banda ± 5%
Símbolo
∆V ± 5%
Valor
Unidad
232,50
Volts
231,17
Test
2,31
Segundos
∆Vocil
0,00
%
Tiempo de Sobreoscilación
TOSI
0,00
Segundos
Tcre
1,51
Segundos
Variación de set point efectuada
∆ Vg
6,10
%
Tiempo de Establecimiento
Valor Máximo de Sobreoscilación
INFORME FINAL
PAG. 62
DIgSILENT
236.0
Constant y=231.835
232.0
8.782 s
8.127 s
V 90%
228.0
224.0
V 10%
6.692 s
220.0
6.474 s
218.512
216.0
5.000
8.000
11.00
14.00
17.00
[s]
20.00
Voltage
Date: 12/21/2005
Respuesta del regulador de tensión
Edelaisen
Annex: /9
INFORME FINAL
PAG. 63
5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado
En la Figura 1 es posible apreciar la ubicación eléctrica de esta planta de pasada, destacándose la existencia de
dos (2) unidades turbina-generador. Dichas unidades se encuentran presentadas por su “marca” y “número” de
identificación, esto es: FRANCIS 106 Y FRANCIS 107. El siguiente diagrama es de carácter general e ilustra los
sistemas de control y las máquinas motrices que serán modelados, destacándose las relaciones funcionales
existentes entre dichos bloques. En efecto, se aprecian en dicha figura la unidad primaria motriz (PMU), su
regulador de velocidad/potencia (PCO) y el respectivo regulador de tensión (VCO) de la unidad, además de las
vinculaciones entre ellos. Dicha figura es relevante toda vez que representa las interrelaciones de las diversas
señales de entrada y salida, y con ello como se controla toda la unidad.
Energía
Eléctrica
RCO
TV
R
Regulador
TI
G
Turbina
PMU
VCO
5.1 Unidad de Generación – Francis 106 –
Edelaysen.
INFORME FINAL
PAG. 64
Tipo
Fabricante
Potencia
Modo de operación
:
:
:
:
:
Turbina hidráulica, Francis
Voith, Alemania
2003
6.479 KVA – 5.500 KW
Base
Altura constante
"Lago Atravesado"
PMU
Reg.
Reg.
G
Turbina
Esquema en bloques
Presion de agua
F (Tw)
Ingreso de agua
Característica: Distribuidor/Potencia
INFORME FINAL
Potencia m ecánica
1/ 1+Tm s
PAG. 65
DIgSILENT
Se destaca que el comando del regulador de velocidad actúa directamente en el distribuidor de agua a través de
una señal mecánica que comanda los servos de potencia. La siguiente Figura 106-1 y seguidamente los valores
medidos, ilustran la relación existente entre la posición del servo del impulsor y la potencia medida.
6.140
4.769
Caracteristica correspondiente a
cierre del distribuidor
3.399
Caracteristica a la apertura
del distribuidor
2.028
0.66
-0.714
-1.953
Eje x:
4.953
11.86
18.77
Caracteristica del distribuidor
Edelaysen
25.67
32.58
Potencia / Servo - Grafico XY
Descripción
Símbolo
Valor
Unidad
Constante de tiempo del agua
Tw
0,328
Segundos
Constante de tiempo de la turbina
Tm
0,05
Segundos
turbina-generador evaluado gráficamente
Ta
5,27
Segundos
INFORME FINAL
PAG. 66
DIgSILENT
Tiempo de Lanzamiento (Ta). Esta se ha presentado en la Tabla 106-1 y se encuentra ilustrado en la Figura 1062. La constante Tw, representa la inercia del agua. Mientras que Tm refleja el retardo o retraso en la potencia
mecánica que entrega la turbina como respuesta a una variación de la energía primaria de entrada, proveniente
del agua.
Constante Y = 1.748* /s*x+25.046
54.63
53.68
14.410 s
50.239
57.930 s
50.750
52.73
51.78
50.83
49.88
-9.910
5.834
21.58
37.32
53.07
[s]
68.81
53.07
[s]
68.81
Voltage A: SAK left CH1
9.480
58.090 s
3.121
14.730 s
8.936
7.886
6.293
4.699
3.106
1.512
-9.910
5.834
Input Signals: SAK right CH2
21.58
37.32
1.219
48.170 s
0.007
0.96
14.090 s
1.136
0.71
0.46
0.20
-0.052
-9.910
5.834
21.58
37.32
Rechazo de carga - Unidad 106
Edelaysen
53.07
[s]
68.81
Frec/Servo/P Activa
Fabricante
Modelo
Modo de operación
:
:
:
Voith Siemens Hydro power generation
BGC 111
Regulación de velocidad primaria y secundaria
INFORME FINAL
PAG. 67
Amplificador
hidraulico
Act.
Regulador
electronico
Tac
G
Esquema en bloques
Ref de potencia
bp
Abierto: Modo isla
bt1/Ts
Potencia
1
Velocidad
D
Ref de velocidad
Servo principal
To
Actuador
PT1
1/TS
bt2/Ts
Tc
BM
1
D
Abierto: Modo conectada a la red
INFORME FINAL
PAG. 68
Banda Muerta (mHz) < 30
Tiempo de apertura total del distribuidor (segundos) 12
Tiempo de cierre rápido total del distribuidor (segundos) 5,63
DIgSILENT
El valor del estatismo se ha calculado de la respuesta del sistema ante un rechazo de carga, según se aprecia en
la Figura 106-2, los tiempos de cierre y apertura de válvulas se obtienen de la Figura 106-3 y la evaluación de la
banda muerta de la Figura 106-4.
89.09
2.497 s
84.843
39.297 s
84.770
70.43
Cierre rapido
Apertura
51.76
33.09
6.017 s
0.000
27.457 s
0.091
14.42
-4.243
-1.343
Edelaysen
7.585
16.51
25.44
Tiempo de cierre rapido y apertura
34.37
[s]
43.30
Posicion de servo
Figura 106-3: Registro de posición del servo
INFORME FINAL
PAG. 69
50.40
55.890 s
50.357
DIgSILENT
56.850 s
50.328
50.30
50.20
50.10
50.00
0.00
21.00
42.00
63.00
84.00
[s]
105.0
Constante
Constante(2)
X =X55.870
= 56.880
s s
16.40
15.98
15.56
15.14
14.72
14.30
0.00
21.00
42.00
63.00
42.00
63.00
84.00
[s]
105.0
2.967
2.882
2.798
2.713
2.628
2.543
0.00
21.00
Edelaysen
Banda Muerta
84.00
[s]
105.0
Frec/Servo/P Activa
descritas, a continuación se presentan los resultados alcanzados. Por simplicidad durante el proceso de
estimación, se ha simulado conjuntamente el impulsor y el regulador de velocidad (PMU y PCO), lo cual no tiene
efecto alguno sobre la validez de los resultados, ya igual se obtienen todos los bloques y sus parámetros
respectivos. En este contexto, la estructura identificada para estos bloques es la indicada en el Gráfico 106-1,
mientras que la Tabla 106-2 indica alguno de los principales parámetros asociados. El Gráfico 106-2 muestra la
comparación entre una variable medida y aquella estimada, ello permite obtener una visión gráfica de la
INFORME FINAL
PAG. 70
pcu_FRA 106:
sp0
spme
PT1m
Tm
0
-
P_perm
Kr
I-cntrl
Ti
yDI
ytmax
yDR
ytd
-
yiR
Db_D
db,Ty,Tyo,Tyc
1/s
yt(1)
HydroUnit
Tl,Zw,Rs,Rd,Kom,h0,Tloss,array_eff
ptD
-
pt
ytmin
yDd
deldrp
yD1..
pt0
dom
yDP
speed
P_temp
Td,Tr
del
bp/100
bpe
pgt
PT1e
Te
Pel spe0
1
Tm
Te
bpe
Kr
Ti
Td
Tdr
db
Ty
Tyo
Tyc
Tl
0,050
0,050
4,604
183,434
3,465
1,000
0,050
0,000
0,100
4,500
20,000
0,067
Segundos
Segundos
%
p.u.
p.u.
p.u.
Segundos
p.u.
Segundos
Segundos
Segundos
Segundos
Tabla 106-2: Principales parámetros identificados del PMU-PCO
INFORME FINAL
PAG. 71
1.10
1.08
1.06
1.04
1.02
1.00
0.98
-5.000
6.000
pmu_FRA 106: Simulated Generator Speed
17.00
28.00
39.00
[s]
50.00
6.000
ReCalcPmu: Measured Valve Position
pmu_FRA 106: Simulated Valve Position
17.00
28.00
39.00
[s]
50.00
0.30
0.20
0.10
0.00
-5.000
Gráfica 106-2: Comparación variables medidas vs variables simuladas
Desempeño mínimo de la regulación de velocidad/potencia
En las maquinas de Lago Atravesado no fue posible efectuar variaciones de los set-point’s respectivos de
potencia/velocidad, ya que los comandos solo generan pulsos que se transforman en una señal de variación tipo
rampa que no permiten evaluar los desempeños. Habida consideración de ello, sólo fue posible obtener la
velocidad de toma de carga de la unidad, cuestión que se indica en la Tabla 106-3 y se ha obtenido de la
medición presentada en la Figura 106-5.
INFORME FINAL
PAG. 72
Descripción
Símbolo
Valor
medido
Valor
Aceptable
Unidad
10%
∆P ± 10%
x
x
Kilovatios
Tiempo de
establecimiento
Test
x
< 30
Segundos
Banda Muerta
BM
X
< 50
mHz
10,10
X
MW / min.
Ptc
carga*
DIgSILENT
6.111
37.024 s
4.585
4.848
3.586
17.130 s
1.234
2.323
1.060
-0.202
-10.02
Edelaysen
3.987
17.99
Pendiente de toma de carga
31.99
46.00
[s]
60.00
Power
Figura 106-5: Respuesta temporal de la potencia ante variación de su set-point en forma continua
INFORME FINAL
PAG. 73
Fabricante
:
:
Bruce Peeblees Ltd
Edinburgh
Voltage control
Messurm ent
Mesurm ent
G
Generator
field
PMG
Esquema en bloques
Tension
Tension de campo
Medicion de
tension
Corriente
Com paracion y
com pensacion
Regulador
Generador
de pulsos
Puente de
Tiristores
Exitatriz
auxiliar
Exitatriz
principal
Medicion de
corriente y
Droop
simuladas.
INFORME FINAL
PAG. 74
indicada en el Gráfico 106-3. Por su parte la Tabla 106-4 indica los principales parámetros asociados. Finalmente
el Gráfico 106-4 muestra la comparación entre una variable medida y aquella estimada, ello permite obtener una
visión gráfica de la aproximación del modelo propuesto.
bias
vco_FRA 106: IEEE Modified Type AC1 Excitation System
usetp
Vs
0
Vrmax
1/(1+sT)
Tr
Vc-
o12
yi1
(1+sTb)/(1+sTa)
Tb,Tc
-
yi
_{K/(1+sT)}_
Ka,Ta
Vr
yi3
uerrs
O
Vrmin
reset
upss
Vf1
Fex
Vfe
2
Ve
[1/sT
Te
-
Ve(1..
(2..
1
u
K
Kd
o18
KeSe
Se(efd)+Ke
Ke,E1,Se1,E2,..
0
curex
3
_Fex_
Kc
cure..
Vf
sK/(1+sT)
Kf,Tf
spsp
SetSp
uerrs..
do1
-
1
do
dudf
dudf
4
speed
-
INFORME FINAL
PAG. 75
Tr
Tb
Tc
Ka
Ta
Te
Kf
Tf
Kc
Kd
Ke
0,20
0,10
22036,09
1180,00
1,17
0,19
0,22
1,75
0,00
0,00
1,00
Segundos
Segundos
Segundos
p.u.
Segundos
Segundos
p.u.
p.u.
p.u.
p.u.
p.u.
Tabla 106-4: Principales parámetros identificados del VCO
1.08
1.06
1.04
1.02
1.00
0.98
-1.000
2.200
vco_FRA 106: Closed Loop Response
5.400
8.600
11.80
[s]
15.00
2.200
vco_FRA 106: uerrs
5.400
8.600
11.80
[s]
15.00
1.30
1.20
1.10
1.00
0.90
0.80
0.70
-1.000
INFORME FINAL
PAG. 76
No se pudo evaluar el desempeño mínimo al encontrarse inconveniencias en lograr la señal requerida, por cuanto
la máquina esta diseñada para comando automático a distancia y presentó problemas a la hora de querer hacer
variaciones locales y manuales
5.2 Unidad de Generación – Francis 107 –
Tipo
Fabricante
Potencia
Modo de operación
:
:
:
:
:
Voith, Alemania
2003
6.479 KVA – 5.500 KW
Base
INFORME FINAL
PAG. 77
Altura constante
"Lago Atravesado"
PMU
Reg.
Reg.
G
Turbina
Esquema en bloques
Presion de agua
F (Tw)
Ingreso de agua
Potencia m ecánica
1/ 1+Tm s
Al igual que su similar la Francis 106, en esta unidad el comando del regulador de velocidad actúa directamente
en el distribuidor de agua a través de una señal mecánica que comanda los servos de potencia. En la unidad 107
no se pudo medir la característica de distribuidor, la relación entre la potencia de estas máquinas frente a la
demanda en horas fuera de máxima carga, generó complicaciones para la ejecución de esta medición. En común
acuerdo se opta por tomar la curva de la unidad 106 como válida para la unidad 107, es decir la Figura 106-1,
que también se ilustra en la Figura 107-1.
INFORME FINAL
PAG. 78
DIgSILENT
6.140
4.769
Caracteristica correspondiente a
cierre del distribuidor
3.399
Caracteristica a la apertura
del distribuidor
2.028
0.66
-0.714
-1.953
Eje x:
4.953
11.86
18.77
Caracteristica del distribuidor
Edelaysen
25.67
32.58
Potencia / Servo - Grafico XY
Descripción
Símbolo
Valor
Unidad
Tw
0,328
Segundos
Tm
0,05
Segundos
Ta
6,00
Segundos
Tiempo de Lanzamiento (Ta). Esta se ha presentado en la Tabla 107-1 y se encuentra ilustrado en la Figura 1072.
INFORME FINAL
PAG. 79
DIgSILENT
Constante Y = 1.480* /s*x +3.663
53.99
53.15
31.437 s
50.150
33.037 s
52.544
Operacion en modo "sincronismo"
52.30
51.45
50.61
49.76
-10.00
13.39
36.78
60.17
83.57
[s]
107.0
13.39
36.78
60.17
83.57
[s]
107.0
29.50
23.21
16.92
10.63
4.345
-1.943
-10.00
1.353
1.024
31.384 s
1.029
0.70
0.37
0.04
-0.288
-10.00
13.39
36.78
60.17
Desconexion de potencia activa
Edelaysen
83.57
[s]
107.0
Frec/Servo/P Activa
5.2.2 Regulador automático de velocidad – PCO Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PCO, datos que han sido aportados por la empresa
Edelaysen.
Fabricante
Modelo
Modo de operación
:
:
:
Voith Siemens Hydro power generation
BGC 111
Regulación de velocidad primaria y secundaria
INFORME FINAL
PAG. 80
Amplificador
hidraulico
Act.
Regulador
electronico
Tac
G
Esquema en bloques
Ref de potencia
bp
Abierto: Modo isla
bt1/Ts
Potencia
1
Velocidad
D
Ref de velocidad
Servo principal
To
Actuador
PT1
1/TS
bt2/Ts
Tc
BM
1
D
Abierto: Modo conectada a la red
INFORME FINAL
PAG. 81
Tiempo de apertura total del distribuidor (segundos) 12,16
DIgSILENT
El valor del estatismo se ha calculado de la respuesta del sistema ante un rechazo de carga, según se aprecia en
la Figura 107-2, los tiempos de cierre y apertura de válvulas se obtienen de la Figura 107-3 y la evaluación de la
banda muerta de la Figura 107-4.
126.0
51.937 s
101.239
5.217 s
101.453
96.85
36.577 s
-4.239
67.69
39.777 s
-13.168
9.857 s
-4.106
38.53
37.537 s
-12.861
9.367
-19.80
-8.756
9.708
Edelaysen
28.17
46.64
Tiempo de cierre y apertura del distribuidor
65.10
[s]
83.56
Servo
INFORME FINAL
PAG. 82
DIgSILENT
50.46
50.36
42.397 s
50.205
50.27
50.17
41.437 s
50.149
50.07
49.97
20.00
28.00
36.00
28.00
36.00
44.00
52.00
[s]
60.00
44.00
52.00
[s]
60.00
56.63
55.74
54.85
53.96
53.08
52.19
20.00
Edelaysen
Banda Muerta
Frecuencia / Servo
Tal cual se ha indicado, esta unidad es gemela en cuanto a su modelo de PMU-PCO se refiere a la unidad Francis
106, de esta forma la estructura propuesta es aquella ilustrada en el Gráfico 106-1, mientras que los parámetros
son aquellos correspondientes a la Tabla 106-2. Consecuentemente, salvo los parámetros obtenidos
gráficamente, el resto se considera igual a lo propuesto para la unidad Francis 106.
Tal cual se ha mencionado, en las unidades de Lago Atravesado no fue posible efectuar variaciones de los setpoint’s respectivos de potencia/velocidad y tensión, ya que los comandos solo generan pulsos que se transforman
en una señal de variación tipo rampa que no permiten evaluar los desempeños de los respectivos controladores.
Para esta unidad no se midió tampoco el gradiente de toma de carga, sin embargo se puede estimar en un valor
similar al de la unidad Francis 106.
INFORME FINAL
PAG. 83
Fabricante
:
:
Bruce Peeblees Ltd
Edinburgh
Voltage control
Messurm ent
Mesurm ent
G
Generator
field
PMG
Esquema en bloques
Tension
Tension de campo
Medicion de
tension
Corriente
Com paracion y
com pensacion
Regulador
Generador
de pulsos
Puente de
Tiristores
Exitatriz
auxiliar
Exitatriz
principal
Medicion de
corriente y
Droop
simuladas.
INFORME FINAL
PAG. 84
Por tratarse de unidades gemelas, el modelo de este regulador es el mismo al obtenido para la unidad Francis
106, es decir aquella estructura indicada en el Gráfico 106-3 junto a sus parámetros respectivos.
No se pudo evaluar el desempeño mínimo al encontrarse inconveniencias en lograr la señal requerida, por cuanto
la máquina está diseñada para comando automático a distancia y presentó problemas a la hora de querer hacer
variaciones locales y manuales.
INFORME FINAL
PAG. 85
6 Planta Eólica Alto Baguales
En la Figura 1 es posible apreciar la ubicación eléctrica de esta planta eólica, destacándose la existencia de tres
(3) unidades turbina-generador. Dichas unidades se encuentran presentadas por su “marca” y “número” de
identificación, esto es: VESTAS 108, VESTAS 109 Y VESTAS 110.
6.1 Unidad de Generación – VESTAS 108 –
Tipo
Fabricante
Modelo
Potencia
Modo de operación
:
:
:
:
:
:
Turbina eólica
Vestas, Dinamarca
V-47
2001
660 KW
Base
Es necesario destacar que esta unidad eólica, por su naturaleza, presenta un sofisticado esquema de operación y
control, denominado según el fabricante Optislip, basado en una serie de controles que actúan simultáneamente.
Considerando ello y la modelación especial que requiere el eje de la turbina (conexión turbina y generador no es
trivial, por no ser sólida a diferencia de un grupo turbina-generador clásico), el Gráfico 108-1 ilustra el marco de
modelación global de esta unidad, donde se detallan los principales controles/elementos que interactúan.
Habida consideración de ello, seguidamente se presentan los principales elementos de este marco de modelación
que son:
•
El modelo del control del pitch, ilustrado en el Gráfico 108-2 (corresponde a parte del PMU)
•
El modelo de la turbina y eje eólica, ilustrado en el Gráfico 108-3 (corresponde a parte del PMU)
•
El modelo del control de velocidad, ilustrado en el Gráfico 108-4 (corresponde a parte del PCO)
•
El modelo del control de la potencia P, ilustrado en el Gráfico 108-5 (corresponde a parte del PCO)
INFORME FINAL
PAG. 86
OPTISLIP-Turbine:
Prime Mover
speed
speed..
beta
Pitch Control
*
vw
Turbine
*
pw
Shaft
*
pt
speed_ref
speed_ref
Speed-Ctr..
ElmDsl*
Pref
IG
ElmAsm*
PQ_Stator
StaPqmea
p
Pin
PQ Control
ElmPQ*
rradd
rrtr0
Gráfico 108-1: Estructura genérica de control de unidad eólica
INFORME FINAL
PAG. 87
Pitch-Ctrl:
0
1
speed_ref
dbeta_max
beta_max
-
speed
s_offset
-
beta_max
beta
beta_speed
_(Kp+Ki/s)_
Kpp,Kip
beta_min
-
Time Const
Tp
Limiter
dbeta_min
{1/s}
beta_min
Gráfico 108-2: Estructura de modelo del control del pitch
INFORME FINAL
PAG. 88
Shaft:
0
0
pw
tw
-
tdif
1/(2H..
H
0
Spring
Ktg,Dtg,ombase
pt_t
RatePt
Ptbase,Pgbase
pt
1
1
1
speed_gen
Gráfico 108-3: Estructura del modelación del Eje Turbina
INFORME FINAL
PAG. 89
Speed-Ctrl:
0
speed_ref
p_max
1
speed
-
domega
PI-Ctrl
Kptrq,Kitrq
p_min
p_max,dp_max
yt
yp
_1/(1+sT)_
Tpc
Pref
p_min,dp_min
Gráfico 108-4: Estructura de modelación del control de Velocidad
INFORME FINAL
PAG. 90
P-Control:
0
1
Pref
Pin
2
-
dP
PI-Ctrl
Kp,Tp
rrot
rradd
-
rrtr0
Gráfico 108-5: Estructura del modelación del control de Potencia
Cada uno de estos elementos debe ser considerado dentro del marco de modelación de la unidad eólica, tal cual
se ha indicado en el Gráfico 108-1. Es necesario destacar que la filosofía de diseño de estas unidades, maximizan
el aprovechamiento de la energía primaria (viento), sin tener en cuenta las condiciones de operación del sistema
interconectado eléctrico. Lo anterior implica que no participan en la regulación de frecuencia debido a que si lo
hiciesen deberían modular su energía primaria según las necesidades del sistema, cuestión que se suele evitar.
En este sentido, estas unidades cuentan con diversos tipos de controles que buscan aprovechar al máximo la
energía primaria cuando está disponible. Los anteriores bloques buscan representar dicha filosofía de operación y
control de las unidades eólicas.
INFORME FINAL
PAG. 91
6.2 Unidad de Generación – VESTAS 109 La modelación de esta unidad se asume igual a la de la VESTAS 108.
6.3 Unidad de Generación – VESTAS 110 La modelación de esta unidad se asume igual a la de la VESTAS 108.
INFORME FINAL
PAG. 92
7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén
En la Figura 1 es posible apreciar la ubicación eléctrica de esta planta termoeléctrica, destacándose la existencia
de cuatro (4) unidades motor-generador. Dichas unidades se encuentran presentadas por su “marca” y “número”
de identificación, esto es: CAT 111, CAT 112, CAT 113 Y CAT 114. Esta planta termoeléctrica presenta el mismo
diagrama de controladores y relaciones presentado para la planta de Tehuelche (ver sección 4), es decir se
mantienen las vinculaciones de la unidad primaria motriz (PMU), su regulador de velocidad/potencia (PCO) y el
respectivo regulador de tensión (VCO) de la unidad,
7.1 Unidad de generación – CAT 111 –
Tipo
Fabricante
Modelo
Potencia
Tipo de combustible
Velocidad
Arranque
Modo de operación
:
:
:
:
:
:
:
:
:
3512 / B
2004
1.500 KVA – 1.200 KW
Diesel oil
1.500 rpm
Autónomo, motor de arranque eléctrico
Semi base y punta
Modelo dinámico propuesto para el Impulso
Potencia m ecánica
1/ 1+Tm s
En relación a la característica servo / potencia, se destaca que el comando del regulador de velocidad actúa
directamente sobre la bomba de inyección a través de una señal eléctrica, y no por medio de un servo de
posicionamiento como es el caso de la mayoría de las otras unidades. En este sentido, se asume que la relación
entre salida del regulador e ingreso de energía primaria es lineal en todo su rango.
INFORME FINAL
PAG. 93
En la Figura 111-1 se observa la evolución de las variables (frecuencia de la maquina y potencia activa) ante un
rechazo de carga de la unidad. Tal cual se ha indicado, a partir de esta información es posible, por métodos
geométricos, obtener un indicador de la inercia del grupo motor generador: Tiempo de Lanzamiento (Ta). Esta se
ha presentado en la Tabla 111-1 e ilustrado en la Figura 111-1. Por cuanto esta unidad es similar a la CAT 104
(Tehuelche), se le aplicarán los mismos modelos identificados para dicha unidad, con excepción de aquellos
parámetros obtenidos gráficamente.
Descripción
Símbolo
Valor
Unidad
Tdiesel
0,02
Segundos
Ta
5,10
Segundos
DIgSILENT
51.50
16.644 s
51.101
51.00
50.50
16.324 s
50.014
50.00
49.50
49.00
10.00
16.00
22.00
28.00
34.00
[s]
40.00
0.50
0.40
16.324 s
0.417
0.30
0.20
0.10
0.00
-0.10
10.00
20.00
30.00
[s]
40.00
Edelaysen
Frecuencia/Potencia activa
INFORME FINAL
PAG. 94
7.1.2 Regulador automático de velocidad – PCO Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PCO, datos que han sido aportados por
Edelaysen.
Fabricante
Modelo
Modo de operación
:
:
:
Woodward
2301 A
Regulador
electronico
Amplificador
electrico
Valor de
referencia
Actuador
Senal
electrica
Aire
Fuell
Energia
auxiliar
Energia
auxiliar
Bombas de
Medicion
inyeccion
…………………..
Eje
Motor de combustion
interna
Esquema en bloques
To
1/
Kp/1+T1 s
1+T2 s
Regulador
DB
Tc
INFORME FINAL
Bomba
inyectora
PAG. 95
Como se ha establecido previamente, este modelo propuesto puede sufrir cambios durante el proceso de
estimación computacional. De hecho, ello es evidente por cuanto dicho regulador se asimila al modelo obtenido
para la unidad 104, el cual efectivamente cambió de su concepción inicial. Por otro parte, desde el punto de vista
Estatismo (%) 12 (calculado con una potencia nominal de 1.200 kW)
El valor del estatismo se ha calculado de la respuesta del sistema ante un rechazo de carga de otra unidad
conectada a la red en paralelo a la ensayada, tal como se aprecia en la Figura 111-2a. Esta metodología fue
usada debido a que el regulador de velocidad de esta unidad, cuenta con un dispositivo de ajuste automático del
set-point de la velocidad, que predispone a esta unidad para el sincronismo inmediato a su desconexión,
llevándola a 50 Hz, lo que impide obtener el desvío permanente en la frecuencia posterior al trip, que es
indispensable para el cálculo del estatismo.
DIgSILENT
En relación a la banda muerta de estas unidades termoeléctricas de Puerto Aysén, esta sido evaluada
considerando la potencia activa como salida de la regulación primaria, y no el servo motor por cuanto estas
unidades no cuentan con este dispositivo, ello se ilustra en la Figura 111-2b. Se debe considerar que esta
situación genera una cierta imprecisión, debido a que la variación de potencia eléctrica no responde totalmente o
solamente a la posición del servo.
50.250
10.104 s
50.089
50.125
27.384 s
49.956
50.000
49.875
49.750
49.625
-9.896
3.864
17.62
31.38
45.14
[s]
58.90
0.450
27.544 s
0.383
0.425
9.464 s
0.357
0.400
0.375
0.350
0.325
-9.896
Edelaisen
3.864
17.62
31.38
Trip de potencia activa en maquina paralela
45.14
[s]
58.90
Frequency/Potencia
Figura 111-2a: Respuesta temporal del control de velocidad ante un rechazo de carga con unidad en paralelo
INFORME FINAL
PAG. 96
Constant X = 4.055 s
50.200
DIgSILENT
50.175
50.150
50.125
50.108
50.100
1.944 s
50.079
50.075
50.050
0.00
9.000
18.00
27.00
18.00
27.00
36.00
[s]
45.00
1.2625
1.2500
1.2375
1.234
1.2250
1.2125
1.2000
0.00
9.000
36.00
Banda Muerta
Edelaysen
[s]
45.00
Freq / Potencia
Figura 111-2b: Registros simultáneos de frecuencia y potencia activa
Tal cual se ha indicado previamente, esta unidad es similar a la CAT 104 de Tehuelche, por lo cual se le aplicará
la misma estructura y parámetros identificados para dicha unidad, con excepción de aquellos obtenidos
gráficamente.
Descripción
Símbolo
10%
∆P ± 10%
Valor
medido
Valor
Aceptable
Unidad
x
Kilovatios
Tiempo de
establecimiento
Test
x
< 30
Segundos
Banda Muerta
BM
31
< 50
mHz
1,05
X
MW / min.
Ptc
carga*
INFORME FINAL
PAG. 97
DIgSILENT
1.298
1.051
63.524 s
1.214
0.80
0.56
7.524 s
0.234
0.31
0.06
-9.916
7.300
24.52
41.73
Rampa de potencia activa
Edelaysen
58.95
[s]
76.16
Power
Fabricante
Modelo
:
:
:
Caterpillar
EE.UU.
INFORME FINAL
PAG. 98
Volta ge control
Mes surm ent
Messurm e nt
Ix
Gene rator
fie ld
G
PE
Esquema en bloques
Tension
Tension de campo
Medicion de
tension
Corriente
Com paracion y
com pensacion
Regulador
Generador
de pulsos
Puente de
Tiristores
Exitatriz
auxiliar
Exitatriz
principal
Medicion de
corriente y
Droop
simuladas.
la misma estructura y parámetros identificados para dicha unidad.
En relación a los valores indicadores del desempeño mínimo de la regulación de tensión de esta unidad, estos no
fueron posibles de obtener, debido a que los comandos al set-point del regulador, modifican el mismo a través de
una señal de rampa, cuestión que imposibilita la variación del mismo a modo de escalón. Esto último es una
condición necesaria para evaluar el desempeño del regulador.
INFORME FINAL
PAG. 99
7.2 Unidad de generación – CAT 112 –
Tipo
Fabricante
Modelo
Potencia
Tipo de combustible
Velocidad
Arranque
Modo de operación
:
:
:
:
:
:
:
:
:
3512 / B
2004
1.500 KVA – 1.200 KW
Diesel oil
1500 rpm
Semi base y punta
Potencia m ecánica
1/ 1+Tm s
geométricos, obtener un indicador de la inercia del grupo motor generador: Tiempo de Lanzamiento (Ta). Esta
se ha presentado en la Tabla 112-1 e ilustrado en la Figura 112-1. Por cuanto esta unidad es similar a la CAT
104, se le aplicarán los mismos modelos identificados para dicha unidad, con excepción de aquellos parámetros
obtenidos gráficamente.
INFORME FINAL
PAG. 100
Descripción
Símbolo
Valor
Unidad
Tdiesel
0,02
Segundos
Ta
3,38
Segundos
DIgSILENT
51.41
48.924 s
51.347
51.12
50.83
50.55
48.604 s
50.112
56.657 s
50.973
50.26
49.97
40.00
44.00
48.00
52.00
56.00
[s]
60.00
56.00
[s]
60.00
0.34
48.657 s
0.298
0.27
0.20
0.13
0.05
-0.016
40.00
44.00
48.00
52.00
Tri de potencia activa - Cat 112
Edelaisen
Frec / Potecia
Edelaysen.
Fabricante
Modelo
Modo de operación
:
:
:
Woodward
2301 A
INFORME FINAL
PAG. 101
Regulador
electronico
Amplificador
electrico
Valor de
referencia
Actuador
Senal
electrica
Aire
Fuell
Energia
auxiliar
Energia
auxiliar
Bombas de
Medicion
inyeccion
…………………..
Eje
Motor de combustion
interna
Esquema en bloques
To
1/
Kp/1+T1 s
1+T2 s
Regulador
DB
Tc
Bomba
inyectora
Estatismo (%) 7,09 (calculado con una potencia nominal de 1.200 kW)
El valor del estatismo se ha calculado de la respuesta del sistema ante un rechazo de carga, tal como se aprecia
en la Figura 112-1. En relación a la banda muerta de estas unidades termoeléctricas de Puerto Aysén, esta sido
evaluada considerando la potencia activa como salida de la regulación primaria, y no el servo motor por cuanto
estas unidades no cuentan con este dispositivo. Se debe considerar que esta situación genera una cierta
imprecisión, debido a que la variación de potencia eléctrica no responde totalmente o solamente a la posición del
servo. Ello se encuentra ilustrado en la Figura 112-2.
INFORME FINAL
PAG. 102
DIgSILENT
50.16
50.12
50.097
50.08
50.04
80.810 s
50.076
50.00
49.96
0.00
18.00
36.00
54.00
72.00
[s]
90.00
0.32
80.330 s
0.279
0.30
0.28
0.26
0.24
0.00
18.00
Edelaysen
36.00
54.00
Banda Muerta
72.00
[s]
90.00
Freq / Potencia
Tal cual se ha indicado previamente, esta unidad es similar a la CAT 104 de Tehuelche, por lo cual se
le aplicará la misma estructura y parámetros identificados para dicha unidad, con excepción de
aquellos obtenidos gráficamente.
Los valores indicadores del desempeño mínimo de la regulación de velocidad / potencia (respuesta
primaria) se presentan en la Tabla 112-2 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la
Figuras 112-3a y 112-3b.
INFORME FINAL
PAG. 103
Cat 112
Descripción
Símbolo
10%
∆P ± 10%
Valor
medido
Valor
Aceptable
Unidad
x
Kilovatios
Tiempo de
establecimiento
Test
6,8
< 30
Segundos
Banda Muerta
BM
28
< 50
mHz
0,47
X
MW / min.
Ptc
carga*
DIgSILENT
1.057
1.025
139.397 s
1.026
0.99
Constante Y = 0.967
0.96
132.677 s
0.963
0.93
0.90
125.0
Edelaisen
129.0
133.0
137.0
Tiempo de establecimiento de variacion de potencia
141.0
[s]
145.0
Power
Figura 112-3a: Respuesta temporal de la potencia ante variación de su set-point
INFORME FINAL
PAG. 104
DIgSILENT
1.222
139.237 s
1.037
0.96
0.70
8.357 s
0.019
0.44
0.17
-0.089
-3.643
32.07
67.78
103.5
Edelaysen
139.2
[s]
174.9
Power
Figura 112-3b: Respuesta temporal de la potencia ante variación de su set-point en forma continua
7.2.3 Regulador automático de tensión – VCO -
Fabricante
Modelo
:
:
:
Caterpillar
EE.UU.
INFORME FINAL
PAG. 105
Volta ge control
Mes surm ent
Messurm e nt
Ix
Gene rator
fie ld
G
PE
Esquema en bloques
Tension
Tension de campo
Medicion de
tension
Corriente
Com paracion y
com pensacion
Regulador
Generador
de pulsos
Puente de
Tiristores
Exitatriz
auxiliar
Exitatriz
principal
Medicion de
corriente y
Droop
simuladas.
han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 112-4. Respecto de esta Figura, ella representa la
INFORME FINAL
PAG. 106
variación de la tensión de la unidad, ante la salida o desconexión de la misma, generando esta
fundamentalmente potencia reactiva, la potencia activa se la mantuvo en un valor bajo para evitar la acción de la
protección de potencia inversa.
Cat 112
Descripción
Símbolo
Banda ± 5%
∆V ± 5%
Valor
medido
258,21
255,79
Valor
aceptable
x
x
Unidad
Volts
Tiempo de
Establecimiento
oscilación
Tiempo de Sobre
oscilación
Test
2,34
<3
Seg.
∆Vosc
x
< 15
%
Tosc
x
x
Seg.
Tcre
x
< 0,550
Seg.
x
x
%
∆Vg
efectuada
El tiempo de establecimiento se obtuvo de una "trip" de potencia reactiva de 327
DIgSILENT
250.00
245.00
7.010 s
244.538
6.850 s
229.677
240.00
9.197 s
229.748
235.00
230.00
225.00
220.00
0.00
4.000
8.000
12.00
16.00
[s]
20.00
Edelaisen
Trip de potencia reactiva
Voltage(1)
Figura 112-4: Respuesta temporal de la tensión ante trip de potencia reactiva
INFORME FINAL
PAG. 107
7.3 Unidad de Generación – CAT 113 –
Edelaysen.
Tipo
Fabricante
Modelo
Potencia
Tipo de combustible
Velocidad
Arranque
Modo de operación
:
:
:
:
:
:
:
:
:
3516
2004
1.750 KVA – 1.400 KW
Diesel oil
1.500 rpm
Semi base y punta
Potencia m ecánica
1/ 1+Tm s
En relación a la característica servo/potencia, se destaca que el comando del regulador de velocidad actúa
geométricos, obtener un indicador de la inercia del grupo motor generador: Tiempo de Lanzamiento (Ta). Esta
se ha presentado en la Tabla 113-1 e ilustrado en la Figura 113-1. Por cuanto esta unidad es similar a la CAT
104, se le aplicarán los mismos parámetros identificados para dicha unidad, con excepción de aquellos obtenidos
gráficamente.
INFORME FINAL
PAG. 108
Descripción
Símbolo
Valor
Unidad
Tdiesel
0,02
Segundos
Ta
3,00
Segundos
DIgSILENT
50.32
16.242 s
50.298
50.22
50.11
50.01
49.91
15.372 s
49.874
49.80
-10.02
0.77
11.56
22.36
33.15
[s]
43.94
33.09
[s]
43.84
0.07
15.423 s
0.050
0.06
0.04
0.03
0.01
-0.004
-9.921
0.83
11.58
22.34
Trip de potencia activa II - Cat 113
Edelaisen
Frec / Potencia
Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PCO, datos que han sido aportados por
Edelaysen.
Fabricante
Modelo
Modo de operación
:
:
:
Woodward
2301 A
INFORME FINAL
PAG. 109
Regulador
electronico
Amplificador
electrico
Valor de
referencia
Actuador
Senal
electrica
Aire
Fuell
Energia
auxiliar
Energia
auxiliar
Bombas de
inyeccion
Medicion
…………………..
Eje
Motor de combustion
interna
Esquema en bloques
To
1/
Kp/1+T1 s
1+T2 s
Regulador
DB
Tc
Bomba
inye ctora
en la Figura 113-2. En relación a la banda muerta de estas unidades termoeléctricas de Puerto Aysén, esta ha
sido evaluada considerando la potencia activa como salida de la regulación primaria, y no el servo motor por
cuanto estas unidades no cuentan con este dispositivo, ello se ilustra en la Figura 113-3. Se debe considerar que
esta situación genera una cierta imprecisión, debido a que la variación de potencia eléctrica no responde
totalmente o solamente a la posición del servo.
INFORME FINAL
PAG. 110
DIgSILENT
51.14
10.185 s
51.077
50.87
50.61
50.34
20.015 s
50.659
9.878 s
49.956
50.07
49.81
0.00
6.000
12.00
18.00
24.00
[s]
30.00
24.00
[s]
30.00
0.31
9.878 s
0.270
0.25
0.18
19.401 s
0.000
0.12
0.05
-0.015
0.00
6.000
12.00
18.00
Trip de potencia activa - Cat 113
Edelaisen
Frec / Potencia
49.90
DIgSILENT
6.801 s
49.728
9.258 s
49.705
49.80
49.70
49.60
49.50
-9.942
-2.354
5.234
12.82
5.173
12.78
20.41
[s]
28.00
0.425
0.400
0.375
0.350
0.325
0.300
0.275
-10.04
-2.436
Edelaysen
20.39
Banda Muerta
[s]
28.00
Frequency
INFORME FINAL
PAG. 111
Tal cual se ha indicado previamente, esta unidad es similar a la CAT 104 de Tehuelche, por lo cual se le aplicarán
los mismos parámetros identificados para dicha unidad, con excepción de aquellos obtenidos gráficamente.
98Los valores indicadores del desempeño mínimo de la regulación de velocidad / potencia (respuesta primaria) se
Descripción
Símbolo
Valor
Valor
Aceptable
Unidad
x
Kilovatios
x
Banda de potencia ± 10%
DP ± 10%
x
Tiempo de establecimiento
Test
x
< 30
Segundos
Banda Muerta
BM
17
< 50
mHz
Gradiente de toma de carga*
Ptc
0,18
X
MW / min.
* Solamente se solicita para maquinas que efectúan la regulación secundaria de frecuencia
DIgSILENT
1.299
410.305 s
1.209
1.008
131.060 s
0.384
0.72
0.42
0.13
-0.159
-9.945
Edelaysen
86.04
182.0
278.0
374.0
[s]
470.0
Power
INFORME FINAL
PAG. 112
Fabricante
Modelo
:
:
:
Caterpillar
EE.UU.
Voltage control
Messurm ent
Messurm ent
Ix
G
Generator
field
PE
Esquema en bloques
Tension
Tension de campo
Medicion de
tension
Corriente
Com paracion y
com pensacion
Regulador
Generador
de pulsos
Puente de
Tiristores
Exitatriz
auxiliar
Exitatriz
principal
Medicion de
corriente y
Droop
INFORME FINAL
PAG. 113
simuladas.
protección de potencia inversa.
Cat 113
Descripción
Símbolo
Banda ± 5%
∆V ± 5%
Valor
medido
x
x
Valor
aceptable
x
x
Unidad
Volts
Tiempo de
Establecimiento
oscilación
Tiempo de Sobre
oscilación
Test
1,43
<3
Seg.
∆Vosc
x
< 15
%
Tosc
x
x
Seg.
Tcre
x
< 0,550
Seg.
x
x
%
∆V g
efectuada
INFORME FINAL
PAG. 114
DIgSILENT
250.00
245.00
15.423 s
229.880
16.857 s
229.947
240.00
235.00
230.00
225.00
220.00
10.00
14.00
18.00
22.00
26.00
[s]
30.00
Voltage A: RMS-Value B
Respuesta del regulador de tension ante una desconexion de pot reactiva
Edelaysen
Voltage
Figura 113-5: Respuesta temporal de la tensión ante trip de potencia reactiva de 310 kVAr
7.4 Unidad de Generación – CAT 114 –
Edelaysen.
Tipo
Fabricante
Modelo
Potencia
Tipo de combustible
Velocidad
Arranque
Modo de operación
:
:
:
:
:
:
:
:
:
3512 / B
2004
1.500 KVA – 1.200 KW
Diesel oil
1.500 rpm
Semi base y punta
INFORME FINAL
PAG. 115
Potencia m ecánica
1/ 1+Tm s
geométricos, obtener un indicador de la inercia del grupo motor generador: Tiempo de Lanzamiento (Ta). Esta se
ha presentado en la Tabla 114-1 e ilustrado en la Figura 114-1. Por cuanto esta unidad es similar a la CAT 104
(Tehuelche), se le aplicarán los mismos parámetros identificados para dicha unidad, con excepción de aquellos
obtenidos gráficamente.
Descripción
Símbolo
Valor
Unidad
Tdiesel
0,02
Segundos
Ta
4,06
Segundos
INFORME FINAL
PAG. 116
DIgSILENT
51.50
5.148 s
51.375
51.20
50.90
50.60
50.30
4.736 s
50.063
50.00
49.70
0.00
5.000
12.965 s
50.531
10.00
15.00
10.00
15.00
20.00
[s]
25.00
0.40
4.827 s
0.358
0.30
0.20
0.10
0.00
-0.10
0.00
5.00
Trip de potencia activa - Maquina Cat 114 -
Edelaisen
20.00
[s]
25.00
Frequencia/Potencia activa
Edelaysen.
Fabricante
Modelo
Modo de operación
:
:
:
Woodward
2301 A
INFORME FINAL
PAG. 117
Regulador
electronico
Amplificador
electrico
Valor de
referencia
Actuador
Senal
electrica
Aire
Fuell
Energia
auxiliar
Energia
auxiliar
Bombas de
inyeccion
Medicion
…………………..
Eje
Motor de combustion
interna
Esquema en bloques
To
1/
Kp/1+T1 s
1+T2 s
Regulador
DB
Tc
Bomba
inyectora
en la Figura 114-1. En relación a la banda muerta de estas unidades termoeléctricas de Puerto Aysén, esta sido
evaluada considerando la potencia activa como salida de la regulación primaria, y no el servo motor por cuanto
estas unidades no cuentan con este dispositivo, ello se ilustra en la Figura 114-2. Se debe considerar que esta
situación genera una cierta imprecisión, debido a que la variación de potencia eléctrica no responde totalmente o
solamente a la posición del servo.
INFORME FINAL
PAG. 118
-0.215 s
50.038
50.10
50.08
DIgSILENT
50.12
50.076
50.06
50.04
50.02
-10.00
-2.000
6.000
14.00
6.000
14.00
22.00
[s]
30.00
0.47
0.46
0.45
0.44
0.43
0.42
-10.00
-2.000
Edelaysen
Banda Muerta
22.00
[s]
30.00
Freq / Potencia
la misma estructura y parámetros identificados para dicha unidad, con excepción de aquellos obtenidos
gráficamente.
presentan en la Tabla 114-2 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 114-3a y 114-3b.
INFORME FINAL
PAG. 119
Descripción
Símbolo
Valor
medido
Valor
Aceptable
Unidad
10%
∆P ± 10%
0,472 / 0,592
x
Kilovatios
Tiempo de
establecimiento
Test
8,7
< 30
Segundos
Banda Muerta
BM
21
< 50
mHz
5,26
X
MW / min.
Ptc
carga*
DIgSILENT
0.61
Constante Y = 0.592
13.382 s
0.480
0.58
22.159 s
0.593
0.55
0.53
0.50
0.47
13.00
Edelaysen
15.60
18.20
Variacion del set-point de potencia
20.80
23.40
[s]
26.00
Power
Figura 114-3a: Respuesta temporal de la potencia ante variación de su set-point
INFORME FINAL
PAG. 120
DIgSILENT
1.137
0.87
13.513 s
1.016
0.61
0.34
2.953 s
0.091
0.08
-0.185
-9.938
-0.640
8.658
17.96
Edelaysen
27.25
[s]
36.55
Power
Figura 114-3b: Respuesta temporal de la potencia ante variación de su set-point en forma continua
7.4.3 Regulador automático de tensión – VCO Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del VCO, datos que han sido aportados por
Edelaysen.
Fabricante
Modelo
:
:
:
Caterpillar
EE.UU.
INFORME FINAL
PAG. 121
Voltage control
Messurm ent
Messurm ent
Ix
Generator
field
G
PE
Esquema en bloques
Tension
Tension de campo
Medicion de
tension
Corriente
Com paracion y
com pensacion
Regulador
Generador
de pulsos
Puente de
Tiristores
Exitatriz
auxiliar
Exitatriz
principal
Medicion de
corriente y
Droop
simuladas.
protección de potencia inversa
INFORME FINAL
PAG. 122
Descripción
Símbolo
Banda ± 5%
∆V ± 5%
Valor
medido
x
x
Valor
aceptable
x
x
Unidad
Volts
Tiempo de
Establecimiento
oscilación
Tiempo de Sobre
oscilación
Test
2,90
<3
Seg.
∆Vosc
x
< 15
%
Tosc
x
x
Seg.
Tcre
x
< 0,550
Seg.
x
x
%
∆Vg
efectuada
DIgSILENT
255.00
250.00
5.153 s
235.541
8.079 s
237.393
245.00
240.00
=237.380
Constante(1)
235.00
230.00
-10.02
-2.646
4.733
0.50
12.11
19.49
[s]
26.87
5.108 s
0.388
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
-0.10
-10.02
-2.646
Power A-C: Total Reactive Power
4.733
Desconexion de potencia reactiva
Edelaysen
12.11
19.49
[s]
26.87
Voltage/potencia reactiva
INFORME FINAL
PAG. 123
8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén
En la Figura 1 es posible apreciar la ubicación eléctrica de esta planta hidroeléctrica, destacándose la existencia
de cuatro (4) unidades motor-generador. Dichas unidades se encuentran presentadas por su “marca” y “número”
de identificación, esto es: PELTON 115, FRANCIS 116, FRANCIS 117 Y FRANCIS 118. El siguiente diagrama es
de carácter general e ilustra los sistemas de control y las máquinas motrices que serán modelados, destacándose
las relaciones funcionales existentes entre dichos bloques. En efecto, se aprecian en dicha figura la unidad
primaria motriz (PMU), su regulador de velocidad/potencia (PCO) y el respectivo regulador de tensión (VCO) de la
unidad, además de las vinculaciones entre ellos. Dicha figura es relevante toda vez que representa las
interrelaciones de las diversas señales de entrada y salida, y con ello como se controla toda la unidad.
Energía
Eléctrica
RCO
TV
R
Regulador
TI
G
Turbina
PMU
VCO
8.1 Unidad de Generación – PELTON 115 Es necesario destacar que para esta unidad, sólo se contempló realizar un análisis gráfico.
Eventualmente, los parámetros de las estructuras propuestas para el PMU, PCO y VCO podrían
obtenerse con las mediciones logradas. Sin embargo, los parámetros gráficamente obtenidos permiten
formarse una idea general del desempeño de la unidad.
INFORME FINAL
PAG. 124
Tipo
Fabricante
Modelo
Potencia
Modo de operación
:
:
:
:
:
:
Turbina Hidráulica, Pelton
Pelton / Alemania
Pelton
1916
2.500 KVA – 2000 KW
Reserva fría, mantenimiento
Agua
PMU
Reg.
Reg.
G
Turbina
Esquema en bloques
INFORME FINAL
PAG. 125
Ingreso de agua al pozo de agua
(1/Th)K
Altura
colum na de
agua
F (Tw)
Presion de
agua
Ingreso de
agua a la turbina
Característica: Posicion Servo / Potencia
Potencia m ecánica
1/ 1+Tm s
DIgSILENT
Basándose en este diagrama de bloques y las mediciones logradas de frecuencia y potencia activa, se ha
obtenido el Tiempo de Lanzamiento (Ta) igual a 7,8 segundos, cuestión que se ha obtenido de la Figura 115-1.
Cabe destacar que comando del regulador de velocidad actúa directamente en el distribuidor de agua a través de
una señal mecánica que comanda los servos de potencia.
54.62
53.65
52.68
19.630 s
54.149
4.537 s
51.759
51.71
3.257 s
49.990
50.74
49.76
-10.02
2.148
14.32
26.49
38.66
[s]
50.83
2.148
14.32
26.49
38.66
[s]
50.83
14.32
26.49
Voltage A: Frecuencia
33.19
29.60
26.02
22.43
18.84
15.25
-10.02
0.46
3.044 s
0.405
0.37
0.27
0.17
0.08
-0.018
-10.02
Edelaisen
2.150
Trip de potencia activa
38.66
[s]
50.83
Frec/Servo/P Activa
INFORME FINAL
PAG. 126
8.1.2 Regulador automático de velocidad – PCO Modelo en Bloques propuesto
Servo de potencia
To
Medicion
1/1+Tm s
1/s
1/T2
Tc
Banda Muerta
Referencia
1/ Kp
Basándose en este diagrama de bloques y las mediciones logradas de los diversos ensayos, midiendo potencia,
frecuencia y posición del servo, y presentadas en las Figuras 115-1 (rechazo de carga entrega Ta y S) y 115-2
(entrega BM), se han obtenido los siguientes parámetros respectivamente:
:
:
40 %
76 mHz
DIgSILENT
Estatismo
Banda muerta
50.20
50.16
50.11
36.224 s
50.183
33.770 s
50.139
50.07
50.02
49.98
-10.02
1.749
13.51
25.28
37.05
[s]
48.81
20.74
33.717 s
20.361
20.59
36.117 s
20.354
20.45
20.31
20.16
20.02
-10.02
1.749
13.51
25.28
37.05
[s]
48.81
0.07
14.890 s
0.004
0.04
Desconexion del sistema
0.02
-0.006
-0.031
-0.056
-9.910
Edelaysen
1.834
13.58
25.32
Banda Muerta
37.07
[s]
48.81
Frec/Servo/P Activa
Figura 115-2: Registros simultáneos de frecuencia, posición del servo y potencia activa
INFORME FINAL
PAG. 127
La variación de carga de esta unidad se hace en forma manual abriendo y cerrando la válvula de ingreso de agua
a las agujas, por lo cual no resulta válido realizarle análisis de desempeño mínimo en este ámbito.
Voltage control
Messurm ent
G
PMG
Se presentan seguidamente las respuestas de algunos ensayos realizados sobre la unidad, para evaluar el lazo de
regulación de tensión. En particular la Figura 115-3 indica como varía la tensión al mover manualmente la
referencia del regulador de tensión.
Por su parte la Figura 115-4 señala la variación de la tensión de la unidad, ante la salida o desconexión de la
misma, generando esta fundamentalmente potencia reactiva, la potencia activa se la mantuvo en un valor bajo
para evitar la acción de la protección de potencia inversa
INFORME FINAL
PAG. 128
DIgSILENT
5531.
9.217 s
5262.929
5371.
5210.
5050.
4889.
28.630 s
4852.722
4728.
-6.000
6.227
18.45
30.68
42.91
[s]
55.14
42.91
[s]
55.14
Voltage A: Tension
2.0E-2
9.217 s
0.014
1.6E-2
28.630 s
0.007
1.2E-2
7.4E-3
3.2E-3
-9.5E-4
-6.000
6.227
Power A-C: Potencia reactiva
18.45
30.68
Variacion de la referencia del lazo de tension operando en manual
Edelaisen
Tension/P Reactiva
DIgSILENT
Figura 115-3: Registros del lazo de tensión ante variación de referencia
5969.
5805.
5642.
5479.
3.310 s
5192.982
5316.
5152.
-10.02
2.148
14.32
26.49
38.66
[s]
50.83
26.49
38.66
[s]
50.83
Voltage A: Tension
0.10
3.364 s
0.097
0.08
0.06
0.05
0.03
0.01
-10.02
Edelaisen
2.148
Power A-C: Potencia reactiva
14.32
Trip de potencia reactiva
Tension/P Reactiva
INFORME FINAL
PAG. 129
La variación de potencia reactiva de esta unidad se hace en forma manual modificando un reóstato
del campo de la excitatriz auxiliar, por lo cual no resulta válido realizarle análisis de desempeño
mínimo en este ámbito.
8.2 Unidad de Generación – FRANCIS 116 –
Edelaysen.
Tipo
Fabricante
Modelo
Potencia
Modo de operación :
:
:
:
:
:
Turbina Hidráulica, Francis
Inglaterra
Gilbert Gilkes & Gordon Ltd
1970
3.750 KVA – 3.000 KW
Semi base y punta
Agua
PMU
Reg.
Reg.
G
Turbina
INFORME FINAL
PAG. 130
Esquema en bloques
Ingreso de agua al poso de agua
(1/Th)K
Altura
colum na de
agua
F (Tw)
Presion de
agua
Ingreso de
Potencia m ecánica
agua a la turbina
1/ 1+Tm s
DIgSILENT
3.195
2.545
1.895
1.245
0.60
-0.055
10.91
Eje x:
Edelaisen
28.57
46.23
63.88
Caracteristica del ditribuidor - Potencia activa / Posicion del servo
81.54
99.20
Power/Posicion servo
INFORME FINAL
PAG. 131
Característica Potencia activa/Servo
Potencia
activa
Posicion de
servo
2966
2966
2928
2585
2276
1903
1450
1022
695
392
156
99,2
97,37
90,87
73,34
63,69
64,89
46,35
37,7
28,58
20,62
10,95
Descripción
Símbolo
Valor
Unidad
Tw
0,042
Segundos
Tm
0,20
Segundos
Ta
9,00
Segundos
En los siguientes gráficos se observa la evolución de las variables (frecuencia de la maquina, posición del
servo motor principal, potencia activa) ante un rechazo de carga de la unidad. Tal cual se ha indicado, a
partir de esta información es posible, por métodos geométricos, obtener un indicador de la inercia del grupo
motor generador: Tiempo de Lanzamiento (Ta). Esta se ha presentado en la Tabla 116-1 (junto a otros
parámetros identificados vía computacional) y se encuentra ilustrado en la Figura 116-2.
INFORME FINAL
PAG. 132
Constante Y = 1.466* /s*x+39.635
55.74
104.104 s
50.751
54.54
8.744 s
52.446
53.34
52.14
DIgSILENT
7.090 s
50.031
50.94
49.75
-10.03
13.14
36.31
59.47
82.64
[s]
105.8
36.31
59.47
82.64
[s]
105.8
32.84
7.357 s
31.234
26.44
20.04
13.64
7.234
0.83
-10.03
13.14
1.00
0.80
7.090 s
0.787
0.60
65.010 s
0.004
0.40
Desconexion
0.20
0.00
-0.20
0.00
25.00
50.00
Edelaysen
75.00
100.00
[s]
125.00
Frec/Servo/P.Activa
Edelaysen.
Fabricante
Modelo
Año y Lugar de fabricación
Modo de operación
:
:
:
:
Gilkes
B,C,D & E
1971, Inglaterra
INFORME FINAL
PAG. 133
M
Regulador
Tac
G
Esquema en bloques
To
V med
1/T1s
1/s
1/T2
Tc
Banda Muerta
V ref
bp
Servo principal
Tiempo de cierre lento total del distribuidor (segundos) 18,0
en la Figura 116-2, los tiempos de cierre y apertura de válvulas se obtienen de la Figura 116-3 y la evaluación de
la banda muerta surge de la Figura 116-4.
INFORME FINAL
PAG. 134
DIgSILENT
327.8
48.685 s
313.129
54.445 s
313.181
45.393 s
279.865
263.7
Operacion de apertura
Operacion de cierre
199.5
30.719 s
83.771
65.005 s
83.775
135.4
71.27
7.128
-2.058
15.61
33.27
50.93
68.60
Tiempo de cierre y apertura
Edelaysen
[s]
86.26
Servo
DIgSILENT
50.14
99.057 s
50.135
50.12
90.417 s
50.052
50.09
50.07
50.04
50.02
75.00
82.64
90.28
97.91
105.6
[s]
113.2
3.000
2.600
2.200
1.800
1.400
1.000
75.00
82.63
90.25
97.88
105.5
[s]
113.1
Edelaysen
Banda Muerta
Frec/Servo/P.Activa
INFORME FINAL
PAG. 135
impacto sobre la validez de los resultados, ya igual se obtienen todos los bloques y sus parámetros respectivos.
En este contexto, la estructura identificada para estos bloques es la indicada en el Gráfico 116-1, mientras que la
Tabla 116-2 indica los principales parámetros identificados del regulador y turbina. El Gráfico 116-2 muestra la
comparación entre una variable medida y aquella estimada, ello permite obtener una visión gráfica de la
pmu_FRA 116:
sp0
spme
PT1e
Tm
yiR
yDr
Db_D
dbL,dbR,Ty,Tyo,TycH,TycL,yTL
yRs
speed
-
1/s
pt0
ytmax
yt
HydroUnit
Tl,Zw,Rs,Rd,Kom,h0,Tloss..
ptD
-
pt
ytmin
yR1
yR2
P_perm
bp
P_temp
bt,Tr
INFORME FINAL
PAG. 136
Tm
bp
dbL
dbR
Ty
Tyo
TycH
TycL
yTl
Tl
Zw
0,2
4,8
0
0
0,1
5
18
200
0,19
0,34
0,123
Segundos
%
%
%
Segundos
Segundos
Segundos
Segundos
Segundos
Segundos
-
1.125
1.100
1.075
1.050
1.025
1.000
0.975
-5.000
14.00
33.00
52.00
71.00
[s]
90.00
14.00
33.00
52.00
71.00
[s]
90.00
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
-0.10
-5.000
INFORME FINAL
PAG. 137
Francis 116
Descripción
Símbolo
Valor
medido
Valor
Aceptable
Unidad
10%
∆P ± 10%
x
x
Kilovatios
Tiempo de
establecimiento
Test
x
< 30
Segundos
Banda Muerta
BM
83
< 50
mHz
1,86
X
MW / min.
Ptc
carga*
103.6
DIgSILENT
130.584 s
91.685
84.15
14.744 s
20.711
64.75
45.34
25.94
6.533
-9.896
22.71
55.32
87.93
120.5
[s]
153.1
Edelaysen
Potencia activa
INFORME FINAL
PAG. 138
Fabricante
:
:
Bruce Peeblees Ltd
Edinburgh, Escocia
Voltage control
Messurm ent
Mesurm ent
G
Generator
field
PMG
Esquema en bloques
Tension
Tension de campo
Medicion de
tension
Corriente
Com paracion y
com pensacion
Regulador
Generador
de pulsos
Puente de
Tiristores
Exitatriz
auxiliar
Exitatriz
principal
Medicion de
corriente y
Droop
INFORME FINAL
PAG. 139
simuladas.
indicada en el Gráfico 116-3. Por su parte la Tabla 116-4 indica los parámetros asociados. Finalmente el
Gráfico 116-4 muestra la comparación entre una variable medida y aquella estimada, ello permite obtener una
visión gráfica de la aproximación del modelo propuesto.
vco_FRA 116:
1/(1+sT) or 1
Tm
um
-
yD
PDT1
Ka,Ta,Td
yD1
yE
die
0
max
Vrmax
Vs
u
Vrmin
ie
min
yE1
1/(1+sT)
Te
uerrs
Efdmn
Is
1
PID_lim
Kp,Ki,Kd
Efdmx
INFORME FINAL
PAG. 140
Descripción
Simbolo
Valor
Unidad
Consante de tiempo de la medición
Tm
0,060
Segundos
Ganancia
Ka
11,067
p/u
Ta
2,786
Segundos
Td
1,544
Segundos
Tex
0,006
Segundos
Ganancia
Kp
0,722
Segundos
Ganancia
Ki
0,930
Segundos
Ganancia
Kd
0,200
Segundos
Edfmin
0,000
Volt
Efmax
89,000
Volt
INFORME FINAL
PAG. 141
1.08
1.06
1.04
1.02
1.00
0.98
0.00
3.000
6.000
9.000
12.00
[s]
15.00
Gráfica 116-4: Comparación tensión de salida medida vs tensión simulada
INFORME FINAL
PAG. 142
Francis 116
Descripción
Símbolo
Banda ± 5%
∆V ± 5%
Valor
medido
2.987,35
2.970,05
Valor
aceptable
x
x
Unidad
Volts
Tiempo de
Establecimiento
oscilación
Tiempo de Sobre
oscilación
Test
2,56
<3
Seg.
∆Vosc
1.01
< 15
%
Tosc
1,707
x
Seg.
Tcre
1,01
< 0,550
Seg.
efectuada
∆Vg
5,8
x
%
DIgSILENT
3050.00
11.924 s
3010.562
12.777 s
2988.035
3000.00
2950.00
11.230 s
2965.006
2900.00
10.217 s
2806.285
2850.00
2800.00
2750.00
7.000
9.600
12.20
14.80
17.40
[s]
20.00
Variacion en el set-point de tension
Edelaysen
Voltage
INFORME FINAL
PAG. 143
8.3 Unidad de Generación – FRANCIS 117 Tal cual se ha señalado previamente en el Informe, esta unidad no fue ensayada ni medida, por
indisponibilidad de la misma.
8.4 Unidad de Generación – FRANCIS 118 –
8.4.1 Impulsor del generador eléctrico –PMU Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PMU, datos que han sido aportados por
Edelaysen.
Tipo
Fabricante
Modelo
Potencia
Modo de operación
:
:
:
:
:
:
Hong Zhou Electric Equipment Works
ZMEC, China
2001
3.400 KVA – 2.700 KW
Semi base y punta
Agua
PMU
Reg.
Reg.
G
Turbina
INFORME FINAL
PAG. 144
Esquema en bloques
Ingreso de agua al pozo de agua
(1/Th s)K
Altura
columna de
agua
F (Tw)
Presion de
agua
Ingreso de
agua a la turbina
Característica: Posicion Servo / Potencia
Potencia m ecánica
1/ 1+Tm s
INFORME FINAL
PAG. 145
Característica Potencia activa/Servo
Posicion
servo
22,55
29,36
33,89
38,59
43,73
49,94
56,04
60,89
65,11
69,28
77,37
82,11
Descripción
Potencia
activa
0,42
0,68
0.90
1,12
1,38
1,67
1,95
2,19
2,38
2,62
2,83
2,89
Símbolo
Valor
Unidad
Tw
1,19
Segundos
Tm
0,05
Segundos
Ta
5,75
Segundos
Tiempo de Lanzamiento (Ta). Esta se ha presentado en la Tabla 118-1 (junto a otros parámetros identificados
vía computacional) y se encuentra ilustrado en la Figura 118-2.
INFORME FINAL
PAG. 146
56.56
53.82
13.425 s
56.248
11.916 s
54.893
55.19
DIgSILENT
10.316 s
50.088
Ajuste automatico del set-point a 50 Hz
52.45
51.09
49.72
-10.03
13.05
36.13
59.20
82.28
[s]
105.4
82.22
[s]
105.3
36.38
10.773 s
34.699
29.38
64.259 s
7.343
22.37
15.37
8.372
1.370
-9.935
13.10
36.14
59.18
0.93
10.225 s
0.875
0.74
0.54
0.35
0.15
-0.045
-10.03
13.05
36.13
59.20
Trip de potencia activa - Unidad 118
Edlaysen
82.28
[s]
105.4
Frec / Servo / Pot
Fabricante
Modelo
Modo de operación
:
:
:
:
BWT Micro Computer Governor
2001, China
Regulación de potencia / frecuencia, potencia y velocidades
INFORME FINAL
PAG. 147
Amplificador
hidraulico
Act.
Regulador
electronico
Tac
G
Esquema en bloques
Abierto: Modo isla
Potencia ref.
PLC
100/bp
P
Potencia
To
Actuador
I
PT1
1/TS
Velocidad
Tc
BM
D
Servo principal
Velocidad ref.
Abierto: Modo regulacion de potencia
Tiempo de cierre lento total del distribuidor (segundos) 11,246
El valor del estatismo no se ha evaluado debido a que el modo de operación, cuando la unidad queda aislada del
sistema (rechazo de carga), toma el modo operación “en isla”. Esto significa que el integrador del regulador PID
lleva la frecuencia al valor nominal (50 Hz, ver Figura 118-2), modificando de esta manera el escalón del set-point
de velocidad necesario para la evaluación.
INFORME FINAL
PAG. 148
DIgSILENT
En relación a la banda muerta, se ha inferido que es imposible de evaluarse por cuanto, tal cual se demuestra a
continuación, esta unidad regula potencia y no velocidad. En otras palabras, su modo de operación sólo le
permite regular o controlar la potencia de salida, estando inactivo su regulador de velocidad. Lo anterior queda
avalado en la siguientes Figuras 118-3a y 113-b.
50.10
50.07
1.539 s
50.091
30.430 s
49.953
50.04
50.01
49.97
49.94
-10.03
-1.250
7.527
16.30
25.08
[s]
33.86
7.564
16.31
25.06
[s]
33.81
7.527
16.30
20.00
19.00
18.00
17.00
16.00
15.00
-9.935
-1.186
0.30
0.27
0.24
0.21
0.18
0.15
-10.03
Edlaysen
-1.250
Banda Muerta - Unidad 118
25.08
[s]
33.86
Frec / Servo / Pot
Figura 118-3a: Registros simultáneos de frecuencia y posición del servo
INFORME FINAL
PAG. 149
DIgSILENT
50.11
-8.690 s
50.099
50.08
-1.284 s
49.971
50.05
50.02
49.99
49.96
-10.04
-4.033
1.975
7.984
13.99
[s]
20.00
2.030
8.020
14.01
[s]
20.00
30.00
27.00
24.00
21.00
18.00
15.00
-9.950
Edlaysen
-3.960
Banda Muerta - Unidad 118
Frec / Servo
Figura 118-3b: Registros simultáneos de frecuencia y posición del servo
En efecto, en las Figuras 118-3a y 118-3b se observa la inmovilidad total de servo principal. Esto demuestra que
la unidad no regula frecuencia. En efecto, el regulador de velocidades solo actúa en momentos de desconexión
de la maquina de la red, o sea, operando en isla. Mientras la maquina se encuentra conectada a la red, el
regulador opera regulando potencia solamente. Esta observación se refuerza en la Figura 118-4, en el cual se
registra la frecuencia y la respuesta de la maquina para un trip o desconexión de potencia activa de una máquina
paralela. En efecto, se observa que ante una disminución de frecuencia apreciable, causada por la salida de la
unidad en paralelo, la unidad ensayada aporta inicialmente potencia eléctrica (producto de la variación brusca del
ángulo), para posteriormente comenzar a disminuir su aporte en forma contraria y contraproducente a la que
debería la regulación primaria. Dicha modo de operación de parte del PCO, necesariamente requiere ser
modificada para eliminar este efecto de la unidad.
INFORME FINAL
PAG. 150
DIgSILENT
50.14
50.01
6.333 s
50.094
19.773 s
49.767
49.89
49.77
49.64
49.52
2.000
11.59
21.18
30.77
40.36
[s]
49.94
0.93
7.065 s
0.907
0.90
Regulacion de potencia sin correccion por frecuencia
5.922 s
0.808
0.87
0.84
0.81
0.78
2.000
11.59
Edlaysen
21.18
30.77
Trip de potencia activa en maquina paralela
40.36
[s]
49.94
Frec / Potencia activa
Figura 118-4: Registros temporales de frecuencia de la red y potencia activa
Finalmente, la Figura 118-5 es utilizada para obtener los tiempos de cierre y apertura de válvulas del distribuidor
de agua a la turbina.
INFORME FINAL
PAG. 151
DIgSILENT
102.2
13.776 s
95.232
77.42
44.770 s
96.369
Tiempo de cierre
52.63
Tiempo de cierre lento
Tiempo de apertura
27.84
34.073 s
-15.563
21.044 s
-1.986
3.051
25.022 s
-15.840
-21.74
-9.950
Edlaysen
5.602
21.15
36.71
Tiempo de cierre y apertura
52.26
[s]
67.81
Servo
efecto alguno sobre la validez de los resultados, ya igual se obtienen todos los bloques y sus parámetros
respectivos. En este contexto, la estructura identificada para estos bloques es la indicada en el Gráfico 118-1,
mientras que la Tabla 118-2 indica los principales parámetros asociados. El Gráfico 118-2 muestra la comparación
entre una variable medida y aquella estimada, ello permite obtener una visión gráfica de la aproximación del
modelo propuesto.
INFORME FINAL
PAG. 152
pcu_FRA 118:
sp0
spme
PT1m
Tm
0
-
P_perm
Kr
I-cntrl
Ti
yDI
ytmax
yDR
ytd
-
yiR
Db_D
db,Ty,Tyo,Tyc
1/s
yt(1)
HydroUnit
Tl,Zw,Rs,Rd,Kom,h0,Tloss,array_eff
ptD
-
pt
ytmin
yDd
deldrp
yD1..
pt0
dom
yDP
speed
P_temp
Td,Tdr
del
bp/100
bpe
pgt
PT1e
Te
Pel -
spe0
1
Tm
Te
bpe
Kr
Ti
Td
Tdr
db
Ty
Tyo
Tyc
Tl
Zw
0,1
0,1
0,7
207,5
5,9
0,0
0,1
0,0
0,1
8,5
11,6
0,4
3,3
Segundos
Segundos
%
p.u.
p.u.
p.u.
Segundos
p.u.
Segundos
Segundos
Segundos
Segundos
-
INFORME FINAL
PAG. 153
1.16
1.12
1.08
1.04
1.00
0.96
-5.000
17.00
39.00
61.00
83.00
[s]
105.0
17.00
39.00
61.00
83.00
[s]
105.0
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
-0.10
-5.000
Gráfico 118-2: Comparación variables medidas v/s variables simuladas
El desempeño mínimo de la regulación de potencia no puede evaluarse, por no estar operando en regulación de
frecuencia / potencia. Solo se ha medido el gradiente de toma de carga, cuyo valor se encuentra en la tabla 1183 y proviene de la Figura 118-6.
INFORME FINAL
PAG. 154
Descripción
Símbolo
Valor
medido
Valor
Aceptable
Unidad
10%
∆P ± 10%
x
x
Kilovatios
Tiempo de
establecimiento
Test
x
< 30
Segundos
Banda Muerta
BM
X
< 50
mHz
6,00
X
MW / min.
Ptc
carga*
DIgSILENT
3.086
45.482 s
2.593
2.470
23.539 s
0.372
1.853
1.236
0.62
0.00
15.00
22.80
30.60
38.40
Rampa de potencia activa - Unidad 118
Edlaysen
46.20
[s]
54.00
Subplot/Diagramm
Fabricante
Modelo
INFORME FINAL
:
:
WJL-2
PAG. 155
:
2001, China
Voltage control
Messurm ent
PLC
Mesurm ent
Pow er Suply
G
Generator
field
Esquema en bloques
Energia de la red
Tension
Medicion de
tension
Comparacion y
compensacion
Regulador
Generador
de pulsos
Puente de
Tiristores
Exitatriz
principal
Corriente Medicion de
corriente y
Droop
simuladas.
INFORME FINAL
PAG. 156
vco_FRA 118:
Vs
u
1/(1+sT) or 1
Tm
um
-
yi1
do1
0
Efdmx
Vrmax
PDT1
Ka,Ta,Td
Vrmin
ue0
(1/(1+sT1+ssT2))
T1,T2
ue1
1/(1+sT)
Te
Efdmn
do
du/df
dudf
speed
spsp
1
INFORME FINAL
PAG. 157
Tm
Ka
Ta
Td
Te
T1
T2
0,0100
85,4572
0,0000
1,4523
2,5672
0,0011
0,0000
Tabla 118-4: Principales parámetros identificados del VCO
1.04
1.03
1.02
1.01
1.00
0.99
-0.000
0.60
1.200
1.800
2.400
[s]
3.000
1.200
1.800
2.400
[s]
3.000
1.50
1.20
0.90
0.60
0.30
0.00
-0.30
-0.000
0.60
vco_FRA 118: uerrs
Gráfico 118-4: Comparación tensión de salida medida v/s tensión simulada
No se ha podido efectuar mediciones para determinar el desempeño mínimo debido a que los comandos para
variar el set-point de tensión, generan una variación en rampa por medio de pulsos.
INFORME FINAL
PAG. 158

Informe Final

Transcripción

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