Informe Final
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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 Fono/Fax: +56 2 3438956 e-mail: [email protected] DIgSILENT GmbH Heinrich-Hertz-Strasse 9 D-72810 Gomaringen Tel.: +49 7072 9168 - 0 Fax: +49 7072 9168- 88 http://www.digsilent.de e-mail: [email protected] Contactos: Celso A. González G. Tel.: 56-9-7797093 e-mail: [email protected] Martin Schmieg Tel.: (+49 7072) 9168 - 10 e-mail: [email protected] 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 4.3.2 Regulador automático de velocidad – PCO - ............................................................................................................. 34 4.3.3 Regulador automático de tensión – VCO .................................................................................................................. 39 4.4 Unidad de Generación – CAT 104 - ............................................................................................................................... 43 4.4.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU -................................................................................................................. 43 4.4.2 Regulador automático de velocidad – PCO –............................................................................................................. 45 4.4.3 Regulador automático de tensión – VCO - ................................................................................................................ 50 4.5 Unidad de Generación – CAT 105 - ............................................................................................................................... 55 4.5.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU -................................................................................................................. 56 4.5.2 Regulador automático de velocidad – PCO –............................................................................................................. 58 4.5.3 Regulador automático de tensión – VCO - ................................................................................................................ 61 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado ............................................................................................................... 64 5.1 Unidad de Generación – Francis 106 – .......................................................................................................................... 64 5.1.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU -................................................................................................................. 64 5.1.2 Regulador automático de velocidad – PCO - ............................................................................................................. 67 5.1.3 Regulador automático de tensión – VCO - ................................................................................................................ 74 5.2 Unidad de Generación – Francis 107 – .......................................................................................................................... 77 5.2.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU -................................................................................................................. 77 5.2.2 Regulador automático de velocidad – PCO - ............................................................................................................. 80 INFORME FINAL PAG. 3 Índice 5.2.3 Regulador automático de tensión – VCO - ................................................................................................................ 84 6 Planta Eólica Alto Baguales................................................................................................................................. 86 6.1 Unidad de Generación – VESTAS 108 – ......................................................................................................................... 86 6.1.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU -................................................................................................................. 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 7.1.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU -................................................................................................................. 93 7.1.2 Regulador automático de velocidad – PCO - ............................................................................................................. 95 7.1.3 Regulador automático de tensión – VCO - ................................................................................................................ 98 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 7.3.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU -............................................................................................................... 108 7.3.2 Regulador automático de velocidad – PCO –........................................................................................................... 109 7.3.3 Regulador automático de tensión – VCO - .............................................................................................................. 113 7.4 Unidad de Generación – CAT 114 –............................................................................................................................. 115 7.4.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU -............................................................................................................... 115 7.4.2 Regulador automático de velocidad – PCO - ........................................................................................................... 117 7.4.3 Regulador automático de tensión – VCO - .............................................................................................................. 121 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén .................................................................................................................. 124 8.1 Unidad de Generación – PELTON 115 - ....................................................................................................................... 124 8.1.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU -............................................................................................................... 125 8.1.2 Regulador automático de velocidad – PCO - ........................................................................................................... 127 8.1.3 Regulador automático de tensión – VCO –.............................................................................................................. 128 8.2 Unidad de Generación – FRANCIS 116 –...................................................................................................................... 130 8.2.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU -............................................................................................................... 130 8.2.2 Regulador automático de velocidad – PCO - ........................................................................................................... 133 8.2.3 Regulador automático de tensión – VCO –.............................................................................................................. 139 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 8.4.3 Regulador automático de tensión – VCO –.............................................................................................................. 155 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 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 2 Sistema Eléctrico de Edelaysen 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 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 3 Metodología Aplicada 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 3 Metodología Aplicada 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 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 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Voltage A: Frequency A 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 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche Descripción Simbolo Valor Unidad Consante de tiempo de la medicion Tm 0,0100 Segundos Estatismo permanente bp 3,4600 % Constante derivativa Td 0,4336 Segundos Constante de tiempo T 0,0566 Segundos Constante de tiempo del motor 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 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche Constant(1) y= 0.983 Constant y= 0.938 0.89 50.476 s Constant(2) y= 0.893 0.79 0.68 42.653 s 0.492 0.58 0.47 42.30 44.44 Power A-C: Total Active Power 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 Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico Voltage control Messurm ent Messurm ent Ix G INFORME FINAL Generator field PE PAG. 20 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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. 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. 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 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Constante derivativa 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 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 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 Impulsor del generador La siguiente Figura 102-1 y seguidamente los valores medidos, ilustran la relación existente entre la posición del servo del impulsor y la potencia medida. Figura 102-1: Característica del servo y la potencia medida INFORME FINAL PAG. 25 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Constante de tiempo del motor Tiempo de lanzamiento del grupo motor-generador evaluado gráficamente Símbolo Valor Unidad Tdiesel 0,08 Segundos Ta 3,90 Segundos Tabla 102-1: Parámetros identificados del impulsor del generador 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 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Voltage A: Frequency A 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 Input Signals: Measurement value 16 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 Power A-C: Total Active Power 60.00 65.00 Rechazo de potencia activa Edelaisen 70.00 [s] Frec / Servo 75.00 Date: 12/16/2005 Annex: /3 Figura 102-2: Respuesta temporal del control de velocidad ante un rechazo de carga 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 Regulación de velocidad Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico INFORME FINAL PAG. 27 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Banda Muerta (mHz) 135 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 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Voltage A: Frequency A Constante X =221.912 s 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 Input Signals: Servo Edelaysen Evaluacion de la Banda Muerta Frec / Servo(1) Figura 102-3: Registros simultáneos de frecuencia y posición del servo Esquema en bloques final identificado según simulaciones 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 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 102-2 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 102-4. 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 Tabla 102-2: Parámetros de desempeño mínimo del PCO identificados INFORME FINAL PAG. 29 DIgSILENT 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 0.42 Constant(9) y= 0.400 0.39 Constant(6) y= 0.389 Constant(7) y= 0.379 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 Power A-C: Total Active Power 30.20 35.30 40.40 Variación del set point con carga Edelaisen [s] 45.50 Power Date: 12/15/2005 Annex : /11 Figura 102-4: Respuesta temporal de la potencia ante variación de su set-point 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 Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico Voltage control Me ss urm ent Me s surm e nt Ix G INFORME FINAL Generator field PE PAG. 30 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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. Esquema en bloques final identificado según simulaciones 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. Desempeño mínimo de la regulación de tensión Los valores indicadores del desempeño mínimo de la regulación de tensión se presentan en la Tabla 102-3 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 102-5. 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 Tabla 102-3: Parámetros de desempeño mínimo del VCO identificados INFORME FINAL PAG. 31 DIgSILENT 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 3640. 17.894 s 3608.649 3600. Constant(1) y=3569.680 Constant y=3564.796 3560. Constant(2) y=3559.910 20.006 s 3559.095 3520. 16.998 s 3467.141 3480. Constant(4) y=3476.905 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 : : : : : : : : Motor de combustión interna Caterpillar / Canadá 3608 1997 2.937 kVA – 2.350 KW Diesel oil 1.000 rpm 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 Impulsor del generador La siguiente Figura 103-1 y seguidamente los valores medidos, ilustran la relación existente entre la posición del servo del impulsor y la potencia medida. INFORME FINAL PAG. 32 DIgSILENT 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 2.109 1.702 1.295 0.89 0.48 0.07 29.68 x-Axis: 30.44 Input Signals: Servo Power A-C: Total Active Power 31.20 31.96 32.71 33.47 Figura 103-1: Característica del servo y la potencia medida Descripción Constante de tiempo del motor Tiempo de lanzamiento del grupo motor-generador evaluado gráficamente Símbolo Valor Unidad Tdiesel 0,005 Segundos Ta 4,30 Segundos Tabla 103-1: Parámetros identificados del impulsor del generador 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. INFORME FINAL PAG. 33 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Voltage A: Frequency A 30.45 30.11 29.78 29.44 29.11 28.77 10.00 15.00 Input Signals: Measurement value 16 0.58 0.46 16.118 s 0.507 0.34 0.22 0.09 -0.028 10.00 15.00 Power A-C: Total Active Power 20.00 25.00 Desconexion de potencia activa - Cat 103 Edelaysen 30.00 [s] 35.00 Frec / Servo / Pot Figura 103-2: Respuesta temporal del control de velocidad ante un rechazo de carga 4.3.2 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 Esquema funcional básico INFORME FINAL PAG. 34 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Banda Muerta (mHz) 31 INFORME FINAL PAG. 35 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Voltage A: Frequency A Constante X = 6.810 s 29.81 29.55 29.28 29.02 28.76 28.49 -10.03 Edelaysen -2.021 Input Signals: Measurement value 16 5.985 Banda Muerte Frec / Servo / Pot Figura 103-3: 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 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 aproximación del modelo propuesto. INFORME FINAL PAG. 36 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Gráfico 103-1: Estructura identificada del PMU-PCO INFORME FINAL PAG. 37 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Constante de tiempo del motor Tdiesel 0,005 Segundos BM 31,000 mHz Constante de tiempo de la medición mecánica Constante de tiempo de la medición electrónica Banda Muerta Tabla 103-2: Parámetros identificados del PMU-PCO INFORME FINAL PAG. 38 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Gráfica 103-2: 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), 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 Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del VCO, datos que han sido aportados por Edelaysen. Fabricante: KATO VR 760 Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico INFORME FINAL PAG. 39 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 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. 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. La estructura identificada para el VCO es la indicada en el Gráfico 103-3. Por su parte la Tabla 103-4 indica los parámetros asociados. Finalmente el Gráfico 103-4 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. 40 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Gráfico 103-3: Estructura identificada del VCO Descripción Símbolo Valor Unidad Constante de tiempo de la medición Tm 0,0547 Segundos Ganancia Ka 38,8837 p/u Retardo de la ganancia Ta 1,7183 Segundos Constante derivativa Td 0,1333 Segundos Constante de tiempo de exitatriz Tex 0,0003 Segundos Tensión mínima de exitación Edfmin 0,0000 Volt Tensión máxima de exitación Efmax 100,0000 Volt Tabla 103-4: Parámetros identificados del VCO INFORME FINAL PAG. 41 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 1.08 1.06 1.04 1.02 1.00 0.98 0.96 0.00 2.000 ReCalc: Measured Terminal Voltage CAT 103: Closed Loop Response 4.000 6.000 8.000 [s] 10.00 Gráfica 103-4: 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 103-5 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 103-5. 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 % Tabla 103-5: Parámetros de desempeño mínimo del VCO identificados INFORME FINAL PAG. 42 DIgSILENT 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 3500.00 8.990 s 3486.616 Constante(2) Y =3477.800 3475.00 Constante Y =3474.971 Constante(3) Y =3472.000 8.158 s 3469.098 10.910 s 3472.123 3450.00 6.942 s 3421.545 6.494 s 3415.246 3425.00 Constante(1) Y =3415.863 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 Figura 103-5: Respuesta temporal de la tensión ante variación de su set-point 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 Año de fabricación Potencia Tipo de combustible Velocidad Arranque Modo de operación: : : : : : : : : Motor de combustión interna Caterpillar / Canadá 3516/B 2001 2.500 KVA – 1.825 KW Diesel oil 750 rpm Autónomo, por aire comprimido Semi base y punta Modelo dinámico propuesto para el Impulsor INFORME FINAL PAG. 43 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Constante de tiempo del motor Tiempo de lanzamiento del grupo motor-generador evaluado gráficamente Símbolo Valor Unidad Tdiesel 0,02 Segundos Ta 3,00 Segundos Tabla 104-1: Parámetros identificados del impulsor del generador 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 104-1 y se encuentra ilustrado en la Figura 104-1. INFORME FINAL PAG. 44 DIgSILENT 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche Constant(1) y= 3.928* /s*x-293.943 51.42 51.14 87.744 s 50.753 50.86 50.58 Constant(2) y= 50.457 50.30 87.590 s 50.151 50.02 80.00 84.00 88.00 92.00 96.00 [s] 100.0 Voltage A: Frequency A 0.44 87.590 s 0.382 0.34 0.25 0.16 0.07 -0.021 80.00 84.00 Power A-C: Total Active Power 88.00 92.00 96.00 Rechazo de potencia activa Edelaisen [s] 100.0 Frec / Pot Date: 12/20/2005 Annex: /3 Figura 104-1: Respuesta temporal del control de velocidad ante un rechazo de carga 4.4.2 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 Regulación de velocidad Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico 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 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 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 (%) 2,92 Banda Muerta (mHz) 35 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 Voltage A: Frequency A Constante X =217.264 s 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 Power A-C: Total Active Power Edelaysen Banda Muerta Freq / Potencia Figura 104-2: Registros simultáneos de frecuencia y potencia activa INFORME FINAL PAG. 46 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 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 aproximación del modelo propuesto. 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 Gráfico 104-1: Estructura identificada del PMU-PCO INFORME FINAL PAG. 47 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Constante derivativa Kd 0,115 p/u Constantes de tiempo del servo Ty,Tyo,Tyc 0,120 Segundos Constante de tiempo del motor 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 Constante de tiempo de la medición de potencia Estatismo permanente Banda Muerta Tabla 104-2: Parámetros identificados del PMU-PCO INFORME FINAL PAG. 48 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 1.03 1.02 1.01 1.00 0.99 0.00 2.000 ReCalcPmu: Measured Generator Speed 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 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 104-3 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 104-3. Descripción Símbolo Valor medido Valor Aceptable Unidad Banda de potencia ± 10% ∆P ± 10% 0,533 / 0,573 x Kilovatios Tiempo de establecimiento Test 6,88 < 30 Segundos Banda Muerta BM x < 50 mHz Gradiente de toma de 1,75 X MW / min. Ptc carga* * Solamente se solicita para maquinas que efectúan la regulación secundaria Tabla 104-3: Parámetros de desempeño mínimo del PCO identificados INFORME FINAL PAG. 49 DIgSILENT 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 0.77 180.558 s 0.754 0.72 Inicio de prueba 0.67 0.62 Inicio de estabilización 187.470 s 0.572 Constant(2) y= 0.573 0.57 Constant y= 0.553 Constant(1) y= 0.533 0.52 178.0 180.6 Power A-C: Total Active Power 183.2 185.8 188.4 Variación de set point con carga Edelaisen [s] 191.0 Power Date: 12/21/2005 Annex: /10 Figura 104-3: Respuesta temporal de la potencia ante variación de su set-point 4.4.3 Regulador automático de tensión – VCO Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del VCO, datos que han sido aportados por Edelaysen. Fabricante Modelo Lugar de fabricación : : : Caterpillar SR4, SR4B (Generator Voltage Regulator) EE.UU. Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico Voltage control Messurm ent Messurm ent Ix G INFORME FINAL Generator field PE PAG. 50 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 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. Esquema en bloques final identificado según simulaciones 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 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Gráfico 104-3: Estructura identificada del VCO INFORME FINAL PAG. 52 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche Descripción Símbolo Valor Unidad Constante de tiempo de la medición Tm 0,000 Segundos Ganancia Ka 11,185 p/u Retardo de la ganancia Ta 0,000 Segundos Retardo del puente de tiristores T1 0,040 Segundos Retardo del puente de tiristores T2 0,009 Segundos Constante derivativa Td 0,000 Segundos Constante de tiempo de exitatriz Tex 0,000 Segundos Tensión mínima de exitación Edfmin 0,000 Volt Tensión máxima de exitación Efmax 24,000 Volt Tabla 104-4: Parámetros identificados del VCO INFORME FINAL PAG. 53 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 1.08 1.06 1.04 1.02 1.00 0.98 0.96 0.00 1.600 ReCalc: Measured Terminal Voltage CAT 104: Closed Loop Response 3.200 4.800 6.400 [s] 8.000 Gráfica 104-4: 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 104-5 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 104-4. 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 Tiempo de Crecimiento Tcre 2,06 Segundos Variación de set point efectuada ∆Vg 1,67 % Tiempo de Establecimiento Valor Máximo de Sobreoscilación Tabla 104-5: Parámetros de desempeño mínimo del VCO identificados INFORME FINAL PAG. 54 DIgSILENT 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 233.0 Constant(1) y=232.380 Constant y=232.193 232.0 15.651 s 15.572 s Constant(2) y=232.000 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 Voltage A: RMS-Value A Edelaisen Respuesta del regulador de tension Annex: /8 Figura 104-4: Respuesta temporal de la tensión ante variación de su set-point 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 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Año de fabricación Potencia Tipo de combustible Velocidad Arranque Modo de operación : : : : : : : : : Motor de combustión interna Caterpillar / Canadá 3512 1976 975 KVA – 708 KW Diesel oil 750 rpm Autónomo, por acumulador de energía eléctrica Reserva caliente 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 105-1 y seguidamente los valores medidos, ilustran la relación existente entre la posición del servo del impulsor y la potencia medida. INFORME FINAL PAG. 56 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche Figura 105-1: Característica del servo y la potencia medida 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 Constante de tiempo del motor Tiempo de lanzamiento del grupo motor-generador evaluado gráficamente Símbolo Valor Tdiesel Ta Unidad Segundos 3,94 Segundos Tabla 105-1: Parámetros identificados del impulsor del generador 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: INFORME FINAL PAG. 57 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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 Constant(2) y= 50.777 Inicio de prueba 49.82 23.00 25.40 27.80 30.20 32.60 [s] 35.00 Voltage A: Frequency A 364.7 Constant(2) y=358.050 357.8 350.9 343.9 24.650 s 331.840 337.0 330.1 23.00 25.40 Input Signals: Measurement value 16 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 Power A-C: Total Active Power Rechazo de potencia activa Edelaisen 32.60 [s] Frec / Servo / Pot 35.00 Date: 12/21/2005 Annex: /3 Figura 105-2: Respuesta temporal del control de velocidad ante un rechazo de carga 4.5.2 Regulador automático de velocidad – PCO – Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PCO, datos que han sido aportados por Edelaysen. Fabricante Modelo Tipo Modo de operación : : : : Woodward 2301-A Electrónico / actuador / amplificador hidráulico / servo /bombas de inyección Regulación de velocidad Modelo dinámico propuesto INFORME FINAL PAG. 58 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche Esquema funcional básico 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 Banda Muerta (mHz) 51 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 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche Constante X = 68.423 s 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 Voltage A: Frequency A Constante(1) X = 68.423 s 301.4 299.1 296.9 294.7 Constante Y =293.450 293.463 293.450 292.4 290.2 60.00 74.00 Input Signals: Measurement value 16 Edelaysen 88.00 102.0 116.0 Evaluacion de la Banda Muerta [s] 130.0 Frec / Servo Figura 105-3: Registros simultáneos de frecuencia y posición del servo 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 105-2 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 105-4. Descripción Símbolo Valor medido Valor Aceptable Unidad Banda de potencia ± 10% ∆P ± 10% 0,784 / 0,744 x Kilovatios Tiempo de establecimiento Test 9,74 < 30 Segundos Banda Muerta BM 51 < 50 mHz Gradiente de toma de 0,62 X MW / min. Ptc carga* * Solamente se solicita para maquinas que efectúan la regulación secundaria Tabla 105-2: Parámetros de desempeño mínimo del PCO identificados INFORME FINAL PAG. 60 DIgSILENT 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 0.80 Constant(1) y= 0.784 Constant y= 0.764 0.75 Constant(2) y= 0.744 183.701 0.743 0.70 0.65 0.60 173.957 s 0.564 0.55 172.0 175.6 Power A-C: Total Active Power 179.2 182.8 186.4 Variacion del set point con carga Edelaisen [s] 190.0 Power Date: 12/21/2005 Annex: /10 Figura 105-4: Respuesta temporal de la potencia ante variación de su set-point 4.5.3 Regulador automático de tensión – VCO Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del VCO, datos que han sido aportados por Edelaysen. Fabricante Modelo Lugar de fabricación : : : KATO KCR 760 EE.UU. Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico Volta ge control Mes surm ent Messurm e nt Ix G INFORME FINAL Gene rator fie ld PE PAG. 61 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 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. Desempeño mínimo de la regulación de tensión Los valores indicadores del desempeño mínimo de la regulación de tensión se presentan en la Tabla 105-3 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 105-5. 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 Tiempo de Crecimiento Tcre 1,51 Segundos Variación de set point efectuada ∆ Vg 6,10 % Tiempo de Establecimiento Valor Máximo de Sobreoscilación Tabla 105-3: Parámetros de desempeño mínimo del VCO identificados INFORME FINAL PAG. 62 DIgSILENT 4 Planta Termoeléctrica de Tehuelche 236.0 Constant(1) y=232.500 Constant y=231.835 232.0 8.782 s Constant(2) y=231.170 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 Voltage A: RMS-Value C Respuesta del regulador de tensión Edelaisen Annex: /9 Figura 105-5: Respuesta temporal de la tensión ante variación de su set-point INFORME FINAL PAG. 63 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado 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 – 5.1.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PMU, datos que han sido aportados por Edelaysen. INFORME FINAL PAG. 64 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado Tipo Fabricante Año de fabricación Potencia Modo de operación : : : : : Turbina hidráulica, Francis Voith, Alemania 2003 6.479 KVA – 5.500 KW Base Modelo dinámico propuesto para el Impulsor Esquema funcional básico Altura constante "Lago Atravesado" PMU Reg. Reg. G Turbina Esquema en bloques Presion de agua F (Tw) Ingreso de agua Posición del servo principal Característica: Distribuidor/Potencia INFORME FINAL Potencia m ecánica 1/ 1+Tm s Im pulsor del generador PAG. 65 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado 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 Input Signals: Measurement value 16 Power A-C: Total Active Power 11.86 18.77 Caracteristica del distribuidor Edelaysen 25.67 32.58 Potencia / Servo - Grafico XY Figura 106-1: Característica del servo y la potencia medida Descripción Símbolo Valor Unidad Constante de tiempo del agua Tw 0,328 Segundos Constante de tiempo de la turbina Tm 0,05 Segundos Tiempo de lanzamiento del grupo turbina-generador evaluado gráficamente Ta 5,27 Segundos Tabla 106-1: Parámetros identificados del impulsor del generador INFORME FINAL PAG. 66 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado 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 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 Power A-C: Total Active Power 21.58 37.32 Rechazo de carga - Unidad 106 Edelaysen 53.07 [s] 68.81 Frec/Servo/P Activa Figura 106-2: Respuesta temporal del control de velocidad ante un rechazo de carga 5.1.2 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 : : : Voith Siemens Hydro power generation BGC 111 Regulación de velocidad primaria y secundaria Modelo dinámico propuesto INFORME FINAL PAG. 67 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado Esquema funcional básico 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 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: INFORME FINAL PAG. 68 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado Estatismo mecánico (%) 3,47 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 Input Signals: SAK right CH2 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 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado 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 Voltage A: Frequency A 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 Input Signals: SAK right CH2 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 Power A-C: Total Active Power Edelaysen Banda Muerta 84.00 [s] 105.0 Frec/Servo/P Activa Figura 106-4: 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. 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 aproximación del modelo propuesto. INFORME FINAL PAG. 70 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado 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 Gráfico 106-1: Estructura identificada del PMU-PCO 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 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado 1.10 1.08 1.06 1.04 1.02 1.00 0.98 -5.000 6.000 ReCalcPmu: Measured Generator Speed 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 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado Descripción Símbolo Valor medido Valor Aceptable Unidad Banda de potencia ± 10% ∆P ± 10% x x Kilovatios Tiempo de establecimiento Test x < 30 Segundos Banda Muerta BM X < 50 mHz Gradiente de toma de 10,10 X MW / min. Ptc carga* * Solamente se solicita para maquinas que efectúan la regulación secundaria DIgSILENT Tabla 106-3: Parámetros de desempeño mínimo del PCO identificados 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 Power A-C: Total Active Power 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 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado 5.1.3 Regulador automático de tensión – VCO Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del VCO, datos que han sido aportados por Edelaysen. Fabricante Lugar de fabricación : : Bruce Peeblees Ltd Edinburgh Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico 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 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. INFORME FINAL PAG. 74 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado 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. La estructura identificada para el VCO es la 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 - Gráfico 106-3: Estructura identificada del VCO INFORME FINAL PAG. 75 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado 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 ReCalc: Measured Terminal Voltage 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 Gráfica 106-4: Comparación tensión de salida medida v/s tensión simulada INFORME FINAL PAG. 76 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado Desempeño mínimo de la regulación de tensión 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 – 5.2.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PMU, datos que han sido aportados por Edelaysen. Tipo Fabricante Año de fabricación Potencia Modo de operación : : : : : Turbina hidráulica, Francis Voith, Alemania 2003 6.479 KVA – 5.500 KW Base Modelo dinámico propuesto para el Impulsor INFORME FINAL PAG. 77 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado Esquema funcional básico Altura constante "Lago Atravesado" PMU Reg. Reg. G Turbina Esquema en bloques Presion de agua F (Tw) Ingreso de agua Posición del servo principal Característica: Distribuidor/Potencia Potencia m ecánica 1/ 1+Tm s Im pulsor del generador 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 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado 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 Input Signals: Measurement value 16 Power A-C: Total Active Power 11.86 18.77 Caracteristica del distribuidor Edelaysen 25.67 32.58 Potencia / Servo - Grafico XY Figura 107-1: Característica del servo y la potencia medida Descripción Símbolo Valor Unidad Constante de tiempo del agua Tw 0,328 Segundos Constante de tiempo de la turbina Tm 0,05 Segundos Tiempo de lanzamiento del grupo turbina-generador evaluado gráficamente Ta 6,00 Segundos Tabla 107-1: Parámetros identificados del impulsor del generador 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 107-1 y se encuentra ilustrado en la Figura 1072. INFORME FINAL PAG. 79 DIgSILENT 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado 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 Input Signals: SAK right CH2 36.78 60.17 83.57 [s] 107.0 Voltage A: SAK left CH1 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 Power A-C: Total Active Power 36.78 60.17 Desconexion de potencia activa Edelaysen 83.57 [s] 107.0 Frec/Servo/P Activa Figura 107-2: Respuesta temporal del control de velocidad ante un rechazo de carga 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 Modelo dinámico propuesto INFORME FINAL PAG. 80 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado Esquema funcional básico 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 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: INFORME FINAL PAG. 81 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado Estatismo mecánico (%) 3,7 Banda Muerta (mHz) 50 Tiempo de apertura total del distribuidor (segundos) 12,16 Tiempo de cierre rápido total del distribuidor (segundos) 5,6 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 Input Signals: SAK right CH2 Edelaysen 28.17 46.64 Tiempo de cierre y apertura del distribuidor 65.10 [s] 83.56 Servo Figura 107-3: Registro de posición del servo INFORME FINAL PAG. 82 DIgSILENT 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado 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 Input Signals: SAK right CH2 36.00 44.00 52.00 [s] 60.00 44.00 52.00 [s] 60.00 Voltage A: SAK left CH1 Constante X = 42.361 s 56.63 55.74 54.85 53.96 53.08 52.19 20.00 Edelaysen Banda Muerta Frecuencia / Servo Figura 107-4: Registros simultáneos de frecuencia y posición del servo Esquema en bloques final identificado según simulaciones 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. Desempeño mínimo de la regulación de velocidad / potencia 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 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado 5.2.3 Regulador automático de tensión – VCO Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del VCO, datos que han sido aportados por Edelaysen. Fabricante Lugar de fabricación : : Bruce Peeblees Ltd Edinburgh Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico 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 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. INFORME FINAL PAG. 84 5 Planta Hidroeléctrica Lago Atravesado Esquema en bloques final identificado según simulaciones 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. Desempeño mínimo de la regulación de tensión 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 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 – 6.1.1 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 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 6 Planta Eólica Alto Baguales 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 6 Planta Eólica Alto Baguales 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 6 Planta Eólica Alto Baguales 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 6 Planta Eólica Alto Baguales 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 6 Planta Eólica Alto Baguales 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 Planta Eólica Alto Baguales 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 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 – 7.1.1 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 Caterpillar / Canadá 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 Posición del servo principal Ingreso de com bustible Potencia m ecánica 1/ 1+Tm s Característica: Servo/Potencia Im pulsor del generador 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 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 Constante de tiempo del motor Tiempo de lanzamiento del grupo motor-generador evaluado gráficamente Símbolo Valor Unidad Tdiesel 0,02 Segundos Ta 5,10 Segundos DIgSILENT Tabla 111-1: Parámetros identificados del impulsor del generador 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 Voltage A: Frequency A 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 Power A-C: Total Active Power Edelaysen Desconexion de potencia activa Frecuencia/Potencia activa Figura 111-1: Respuesta temporal del control de velocidad ante un rechazo de carga INFORME FINAL PAG. 94 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 Regulación de velocidad Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico 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 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 gráfico, las mediciones logradas de los diversos ensayos han permitido obtener los siguientes parámetros: Estatismo (%) 12 (calculado con una potencia nominal de 1.200 kW) Banda Muerta (mHz) 81 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 Voltage A: Frequency A 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 Power A-C: Total Active Power 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 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 Voltage A: Frequency A 1.2625 Constante X = 4.055 s 1.2500 1.2375 1.234 1.2250 1.2125 1.2000 0.00 9.000 Power A-C: Total Active Power 36.00 Banda Muerta Edelaysen [s] 45.00 Freq / Potencia Figura 111-2b: Registros simultáneos de frecuencia y potencia activa Esquema en bloques final identificado según simulaciones 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. 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 111-2 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 111-3. Descripción Símbolo Banda de potencia ± 10% ∆P ± 10% Valor medido Valor Aceptable Unidad x Kilovatios Tiempo de establecimiento Test x < 30 Segundos Banda Muerta BM 31 < 50 mHz Gradiente de toma de 1,05 X MW / min. Ptc carga* * Solamente se solicita para maquinas que efectúan la regulación secundaria Tabla 111-2: Parámetros de desempeño mínimo del PCO identificados INFORME FINAL PAG. 97 DIgSILENT 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 Power A-C: Total Active Power 24.52 41.73 Rampa de potencia activa Edelaysen 58.95 [s] 76.16 Power Figura 111-3: Respuesta temporal de la potencia ante variación de su set-point en forma continua 7.1.3 Regulador automático de tensión – VCO Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del VCO, datos que han sido aportados por Edelaysen. Fabricante Modelo Lugar de fabricación : : : Caterpillar SR4, SR4B (Generator Voltage Regulator) EE.UU. Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico INFORME FINAL PAG. 98 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 Análogamente a 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. Esquema en bloques final identificado según simulaciones 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. Desempeño mínimo de la regulación de tensión 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 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 7.2 Unidad de generación – CAT 112 – 7.2.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PMU, datos que han sido aportados por Edelaysen. Tipo Fabricante Modelo Año de fabricación Potencia Tipo de combustible Velocidad Arranque Modo de operación : : : : : : : : : Motor de combustión interna Caterpillar / Canadá 3512 / B 2004 1.500 KVA – 1.200 KW Diesel oil 1500 rpm Autónomo, motor de arranque eléctrico 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 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. En la Figura 112-1 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 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 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén Descripción Constante de tiempo del motor Símbolo Valor Unidad Tdiesel 0,02 Segundos Ta 3,38 Segundos Tiempo de lanzamiento del grupo motor-generador evaluado gráficamente DIgSILENT Tabla 112-1: Parámetros identificados del impulsor del generador 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 Voltage A: Frequency A 0.34 48.657 s 0.298 0.27 0.20 0.13 0.05 -0.016 40.00 44.00 Power A-C: Total Active Power 48.00 52.00 Tri de potencia activa - Cat 112 Edelaisen Frec / Potecia Figura 112-1: Respuesta temporal del control de velocidad ante un rechazo de carga 7.2.2 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 2301 A Regulación de velocidad Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico INFORME FINAL PAG. 101 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 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 gráfico, las mediciones logradas de los diversos ensayos han permitido obtener los siguientes parámetros: Estatismo (%) 7,09 (calculado con una potencia nominal de 1.200 kW) Banda Muerta (mHz) 28 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 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 50.16 50.12 50.097 Constant X = 83.649 s 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 Voltage A: Frequency A Constante X = 83.649 s 0.32 80.330 s 0.279 0.30 0.28 0.26 0.24 0.00 18.00 Power A-C: Total Active Power Edelaysen 36.00 54.00 Banda Muerta 72.00 [s] 90.00 Freq / Potencia Figura 112-2: Registros simultáneos de frecuencia y potencia activa Esquema en bloques final identificado según simulaciones 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. 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 112-2 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figuras 112-3a y 112-3b. INFORME FINAL PAG. 103 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén Cat 112 Descripción Símbolo Banda de potencia ± 10% ∆P ± 10% Valor medido Valor Aceptable Unidad x Kilovatios Tiempo de establecimiento Test 6,8 < 30 Segundos Banda Muerta BM 28 < 50 mHz Gradiente de toma de 0,47 X MW / min. Ptc carga* * Solamente se solicita para maquinas que efectúan la regulación secundaria DIgSILENT Tabla 112-2: Parámetros de desempeño mínimo del PCO identificados 1.057 Constante(2) Y = 1.050 Constante(1) Y = 1.040 Constante(3) Y = 1.030 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 Power A-C: Total Active Power 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 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 Power A-C: Total Active Power 67.78 103.5 Rampa de potencia activa 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 - Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del VCO, datos que han sido aportados por Edelaysen. Fabricante Modelo Lugar de fabricación : : : Caterpillar SR4, SR4B (Generator Voltage Regulator) EE.UU. Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico INFORME FINAL PAG. 105 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 Análogamente a 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. Esquema en bloques final identificado según simulaciones 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. Desempeño mínimo de la regulación de tensión Los valores indicadores del desempeño mínimo de la regulación de tensión se presentan en la Tabla 112-3 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 112-4. Respecto de esta Figura, ella representa la INFORME FINAL PAG. 106 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 Valor Máximo de Sobre oscilación Tiempo de Sobre oscilación Test 2,34 <3 Seg. ∆Vosc x < 15 % Tosc x x Seg. Tiempo de Crecimiento Tcre x < 0,550 Seg. Variación de set point x x % ∆Vg efectuada El tiempo de establecimiento se obtuvo de una "trip" de potencia reactiva de 327 DIgSILENT Tabla 112-3: Parámetros de desempeño mínimo del VCO identificados 250.00 245.00 7.010 s 244.538 6.850 s 229.677 240.00 9.197 s 229.748 235.00 Constante Y =229.640 230.00 225.00 220.00 0.00 4.000 8.000 12.00 16.00 [s] 20.00 Voltage A: RMS-Value A 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 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 7.3 Unidad de Generación – CAT 113 – 7.3.1 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 Caterpillar / Canadá 3516 2004 1.750 KVA – 1.400 KW Diesel oil 1.500 rpm Autónomo, motor de arranque eléctrico 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 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. En la Figura 113-1 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 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 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén Descripción Constante de tiempo del motor Símbolo Valor Unidad Tdiesel 0,02 Segundos Ta 3,00 Segundos Tiempo de lanzamiento del grupo motor-generador evaluado gráficamente DIgSILENT Tabla 113-1: Parámetros identificados del impulsor del generador 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 Voltage A: Frequency A 0.07 15.423 s 0.050 0.06 0.04 0.03 0.01 -0.004 -9.921 0.83 Power A-C: Total Active Power 11.58 22.34 Trip de potencia activa II - Cat 113 Edelaisen Frec / Potencia Figura 113-1: Respuesta temporal del control de velocidad ante un rechazo de carga 7.3.2 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 Regulación de velocidad Modelo dinámico propuesto INFORME FINAL PAG. 109 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén Esquema funcional básico 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 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 gráfico, las mediciones logradas de los diversos ensayos han permitido obtener los siguientes parámetros: Estatismo (%) 7,37 (calculado con una potencia nominal de 1.400 kW) Banda Muerta (mHz) 17 El valor del estatismo se ha calculado de la respuesta del sistema ante un rechazo de carga, tal como se aprecia 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 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 Voltage A: Frequency A 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 Power A-C: Total Active Power 12.00 18.00 Trip de potencia activa - Cat 113 Edelaisen Frec / Potencia 49.90 DIgSILENT Figura 113-2: Respuesta temporal del control de velocidad ante un rechazo de carga 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 Voltage A: Frequency A 0.425 0.400 0.375 0.350 0.325 0.300 0.275 -10.04 -2.436 Power A-C: Total Active Power Edelaysen 20.39 Banda Muerta [s] 28.00 Frequency Figura 113-3: Registros simultáneos de frecuencia y potencia activa INFORME FINAL PAG. 111 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén Esquema en bloques final identificado según simulaciones 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. Desempeño mínimo de la regulación de velocidad / potencia 98Los valores indicadores del desempeño mínimo de la regulación de velocidad / potencia (respuesta primaria) se presentan en la Tabla 113-2 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 113-4. 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 Tabla 113-2: Parámetros de desempeño mínimo del PCO identificados 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 Power A-C: Total Active Power 182.0 Rampa de potencia activa 278.0 374.0 [s] 470.0 Power Figura 113-4: Respuesta temporal de la potencia ante variación de su set-point en forma continua INFORME FINAL PAG. 112 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 7.3.3 Regulador automático de tensión – VCO Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del VCO, datos que han sido aportados por Edelaysen. Fabricante Modelo Lugar de fabricación : : : Caterpillar SR4, SR4B (Generator Voltage Regulator) EE.UU. Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico 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 Análogamente a 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 INFORME FINAL PAG. 113 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén modificaciones de acuerdo a los estudios de aproximación entre variables/respuestas medidas y aquellas simuladas. Esquema en bloques final identificado según simulaciones 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. Desempeño mínimo de la regulación de tensión Los valores indicadores del desempeño mínimo de la regulación de tensión se presentan en la Tabla 113-3 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 113-5. Respecto de esta Figura, ella representa 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. Cat 113 Descripción Símbolo Banda ± 5% ∆V ± 5% Valor medido x x Valor aceptable x x Unidad Volts Tiempo de Establecimiento Valor Máximo de Sobre oscilación Tiempo de Sobre oscilación Test 1,43 <3 Seg. ∆Vosc x < 15 % Tosc x x Seg. Tiempo de Crecimiento Tcre x < 0,550 Seg. Variación de set point x x % ∆V g efectuada El tiempo de establecimiento se obtuvo de una "trip" de potencia reactiva de 310 Tabla 113-3: Parámetros de desempeño mínimo del VCO identificados INFORME FINAL PAG. 114 DIgSILENT 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 A Voltage A: RMS-Value B Voltage A: RMS-Value C 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 – 7.4.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PMU, datos que han sido aportados por Edelaysen. Tipo Fabricante Modelo Año de fabricación Potencia Tipo de combustible Velocidad Arranque Modo de operación : : : : : : : : : Motor de combustión interna Caterpillar / Canadá 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 Impulsor INFORME FINAL PAG. 115 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén Posición del servo principal Ingreso de com bustible Potencia m ecánica 1/ 1+Tm s Característica: Servo/Potencia Im pulsor del generador 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. En la Figura 114-1 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 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 Constante de tiempo del motor Tiempo de lanzamiento del grupo motor-generador evaluado gráficamente Símbolo Valor Unidad Tdiesel 0,02 Segundos Ta 4,06 Segundos Tabla 114-1: Parámetros identificados del impulsor del generador INFORME FINAL PAG. 116 DIgSILENT 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 Voltage A: Frequency A 0.40 4.827 s 0.358 0.30 0.20 0.10 0.00 -0.10 0.00 5.00 Power A-C: Total Active Power Trip de potencia activa - Maquina Cat 114 - Edelaisen 20.00 [s] 25.00 Frequencia/Potencia activa Figura 114-1: Respuesta temporal del control de velocidad ante un rechazo de carga 7.4.2 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 Regulación de velocidad Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico INFORME FINAL PAG. 117 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 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 gráfico, las mediciones logradas de los diversos ensayos han permitido obtener los siguientes parámetros: Estatismo (%) 3,16 (calculado con una potencia nominal de 1.200 kW) Banda Muerta (mHz) 21 El valor del estatismo se ha calculado de la respuesta del sistema ante un rechazo de carga, tal como se aprecia 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 Constant X = 2.100 s 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 Voltage A: Frequency A Constante X = 2.100 s 0.47 0.46 0.45 0.44 0.43 0.42 -10.00 -2.000 Power A-C: Total Active Power Edelaysen Banda Muerta 22.00 [s] 30.00 Freq / Potencia Figura 114-2: Registros simultáneos de frecuencia y potencia activa Esquema en bloques final identificado según simulaciones 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. 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 114-2 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 114-3a y 114-3b. INFORME FINAL PAG. 119 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén Descripción Símbolo Valor medido Valor Aceptable Unidad Banda de potencia ± 10% ∆P ± 10% 0,472 / 0,592 x Kilovatios Tiempo de establecimiento Test 8,7 < 30 Segundos Banda Muerta BM 21 < 50 mHz Gradiente de toma de 5,26 X MW / min. Ptc carga* * Solamente se solicita para maquinas que efectúan la regulación secundaria DIgSILENT Tabla 114-2: Parámetros de desempeño mínimo del PCO identificados 0.61 Constante(3) Y = 0.600 Constante(2) Y = 0.596 Constante Y = 0.592 13.382 s 0.480 0.58 22.159 s 0.593 0.55 0.53 0.50 Constante(1) Y = 0.479 0.47 13.00 Edelaysen 15.60 Power A-C: Total Active Power 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 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 Power A-C: Total Active Power 8.658 17.96 Rampa de potencia activa 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 Lugar de fabricación : : : Caterpillar SR4, SR4B (Generator Voltage Regulator) EE.UU. Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico INFORME FINAL PAG. 121 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén 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 Análogamente a 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. Esquema en bloques final identificado según simulaciones 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. Desempeño mínimo de la regulación de tensión Los valores indicadores del desempeño mínimo de la regulación de tensión se presentan en la Tabla 114-3 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 114-4. Respecto de esta Figura, ella representa 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. 122 7 Planta Termoeléctrica Puerto Aysén Descripción Símbolo Banda ± 5% ∆V ± 5% Valor medido x x Valor aceptable x x Unidad Volts Tiempo de Establecimiento Valor Máximo de Sobre oscilación Tiempo de Sobre oscilación Test 2,90 <3 Seg. ∆Vosc x < 15 % Tosc x x Seg. Tiempo de Crecimiento Tcre x < 0,550 Seg. Variación de set point x x % ∆Vg efectuada El tiempo de establecimiento se obtuvo de una "trip" de potencia reactiva de 387 DIgSILENT Tabla 114-3: Parámetros de desempeño mínimo del VCO identificados 255.00 250.00 5.153 s 235.541 8.079 s 237.393 245.00 240.00 Constante Y =237.270 =237.380 Constante(1) 235.00 230.00 -10.02 -2.646 Voltage A: RMS-Value A 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 Figura 114-4: Respuesta temporal de la tensión ante trip de potencia reactiva INFORME FINAL PAG. 123 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 8.1.1 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 Modo de operación : : : : : : Turbina Hidráulica, Pelton Pelton / Alemania Pelton 1916 2.500 KVA – 2000 KW Reserva fría, mantenimiento Modelo dinámico propuesto para el Impulsor Esquema funcional básico Agua PMU Reg. Reg. G Turbina Esquema en bloques INFORME FINAL PAG. 125 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 Posición del servo principal Característica: Posicion Servo / Potencia Potencia m ecánica 1/ 1+Tm s Im pulsor del generador 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 Input Signals: Servo 0.46 3.044 s 0.405 0.37 0.27 0.17 0.08 -0.018 -10.02 Edelaisen 2.150 Power A-C: Total Active Power Trip de potencia activa 38.66 [s] 50.83 Frec/Servo/P Activa Figura 115-1: Respuesta temporal del control de velocidad ante un rechazo de carga INFORME FINAL PAG. 126 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 Voltage A: Frecuencia 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 Input Signals: Servo 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 Power A-C: Total Active Power 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 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén Desempeño mínimo de la regulación de velocidad / potencia 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. 8.1.3 Regulador automático de tensión – VCO – Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico 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 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 Figura 115-4: Respuesta temporal de la tensión ante trip de potencia reactiva INFORME FINAL PAG. 129 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén Desempeño mínimo de la regulación de tensión 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 – 8.2.1 Impulsor del generador eléctrico – PMU Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PMU, datos que han sido aportados por Edelaysen. Tipo Fabricante Modelo Año de fabricación Potencia Modo de operación : : : : : : Turbina Hidráulica, Francis Inglaterra Gilbert Gilkes & Gordon Ltd 1970 3.750 KVA – 3.000 KW Semi base y punta Modelo dinámico propuesto para el Impulsor Esquema funcional básico Agua PMU Reg. Reg. G Turbina INFORME FINAL PAG. 130 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 Posición del servo principal Característica: Distribuidor/Potencia Im pulsor del generador 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 116-1 y seguidamente los valores medidos, ilustran la relación existente entre la posición del servo del impulsor y la potencia medida. 3.195 2.545 1.895 1.245 0.60 -0.055 10.91 Eje x: Edelaisen 28.57 Input Signals: Measurement value 16 Power A-C: Total Active Power 46.23 63.88 Caracteristica del ditribuidor - Potencia activa / Posicion del servo 81.54 99.20 Power/Posicion servo Figura 116-1: Característica del servo y la potencia medida INFORME FINAL PAG. 131 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 Constante de tiempo del agua Tw 0,042 Segundos Constante de tiempo de la turbina Tm 0,20 Segundos Tiempo de lanzamiento del grupo turbina-generador evaluado gráficamente Ta 9,00 Segundos Tabla 116-1: Parámetros identificados del impulsor del generador 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 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 Voltage A: Frecuencia 32.84 7.357 s 31.234 26.44 20.04 13.64 7.234 0.83 -10.03 13.14 Input Signals: Servo 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 Power A-C: Total Active Power 25.00 50.00 Desconexion de potencia activa Edelaysen 75.00 100.00 [s] 125.00 Frec/Servo/P.Activa Figura 116-2: Respuesta temporal del control de velocidad ante un rechazo de carga 8.2.2 Regulador automático de velocidad – PCO Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PCO, datos que han sido aportados por Edelaysen. Fabricante Modelo Año y Lugar de fabricación Modo de operación : : : : Gilkes B,C,D & E 1971, Inglaterra Regulación de velocidad Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico INFORME FINAL PAG. 133 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén M Regulador Tac G Esquema en bloques To V med 1/T1s 1/s 1/T2 Tc Banda Muerta V ref bp Servo principal 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 mecánico (%) 4,84 Banda Muerta (mHz) 83 Tiempo de apertura total del distribuidor (segundos) 10,1 Tiempo de cierre lento total del distribuidor (segundos) 18,0 Tiempo de cierre rápido total del distribuidor (segundos) 14,6 El valor del estatismo se ha calculado de la respuesta del sistema ante un rechazo de carga, tal como se aprecia 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 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén Constante X = 45.336 s 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 Input Signals: Measurement value 16 33.27 50.93 68.60 Tiempo de cierre y apertura Edelaysen [s] 86.26 Servo DIgSILENT Figura 116-3: Registro de posición del servo 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 Voltage A: Frecuencia 3.000 2.600 2.200 1.800 Constante(1) Y = 1.737 1.400 1.000 75.00 82.63 90.25 97.88 105.5 [s] 113.1 Input Signals: Servo Edelaysen Banda Muerta Frec/Servo/P.Activa Figura 116-4: Registros simultáneos de frecuencia y posición del servo INFORME FINAL PAG. 135 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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. 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 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 aproximación del modelo propuesto. 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 Gráfico 116-1: Estructura identificada del PMU-PCO INFORME FINAL PAG. 136 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 - Tabla 116-2: Principales parámetros identificados del PMU-PCO 1.125 1.100 1.075 1.050 1.025 1.000 0.975 -5.000 14.00 ReCalcPmu: Measured Generator Speed pmu_FRA 116: Simulated Generator Speed 33.00 52.00 71.00 [s] 90.00 14.00 ReCalcPmu: Measured Valve Position pmu_FRA 116: Simulated Valve Position 33.00 52.00 71.00 [s] 90.00 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 -0.10 -5.000 Gráfica 116-2: Comparación variables medidas v/s variables simuladas INFORME FINAL PAG. 137 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 116-3 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 116-5. Francis 116 Descripción Símbolo Valor medido Valor Aceptable Unidad Banda de potencia ± 10% ∆P ± 10% x x Kilovatios Tiempo de establecimiento Test x < 30 Segundos Banda Muerta BM 83 < 50 mHz Gradiente de toma de 1,86 X MW / min. Ptc carga* * Solamente se solicita para maquinas que efectúan la regulación secundaria 103.6 DIgSILENT Tabla 116-3: Parámetros de desempeño mínimo del PCO identificados Constante X = 8.868 s 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 Input Signals: Servo Edelaysen Rampa de potencia activa Potencia activa Figura 116-5: Respuesta temporal de la potencia ante variación de su set-point en forma continua INFORME FINAL PAG. 138 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 8.2.3 Regulador automático de tensión – VCO – Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del VCO, datos que han sido aportados por Edelaysen. Fabricante Lugar de fabricación : : Bruce Peeblees Ltd Edinburgh, Escocia Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico 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 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 INFORME FINAL PAG. 139 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén modificaciones de acuerdo a los estudios de aproximación entre variables/respuestas medidas y aquellas simuladas. 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. La estructura identificada para el VCO es la 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 Gráfico 116-3: Estructura identificada del VCO INFORME FINAL PAG. 140 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén Descripción Simbolo Valor Unidad Consante de tiempo de la medición Tm 0,060 Segundos Ganancia Ka 11,067 p/u Retardo de la ganancia Ta 2,786 Segundos Constante derivativa Td 1,544 Segundos Constante de tiempo de exitatriz Tex 0,006 Segundos Ganancia Kp 0,722 Segundos Ganancia Ki 0,930 Segundos Ganancia Kd 0,200 Segundos Tensión mínima de exitación Edfmin 0,000 Volt Tensión máxima de exitación Efmax 89,000 Volt Tabla 116-4: Parámetros identificados del VCO INFORME FINAL PAG. 141 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 1.08 1.06 1.04 1.02 1.00 0.98 0.00 3.000 ReCalc: Measured Terminal Voltage vco_FRA 116: Closed Loop Response 6.000 9.000 12.00 [s] 15.00 Gráfica 116-4: Comparación tensión de salida medida vs 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 116-4 y se han obtenido de las mediciones presentadas en la Figura 116-6. INFORME FINAL PAG. 142 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 Valor Máximo de Sobre oscilación Tiempo de Sobre oscilación Test 2,56 <3 Seg. ∆Vosc 1.01 < 15 % Tosc 1,707 x Seg. Tiempo de Crecimiento Tcre 1,01 < 0,550 Seg. Variación de set point efectuada ∆Vg 5,8 x % DIgSILENT Tabla 116-4: Parámetros de desempeño mínimo del VCO identificados 3050.00 11.924 s 3010.562 12.777 s 2988.035 3000.00 Constante(2) Y =2987.350 Constante Y =2978.760 Constante(3) Y =2970.050 2950.00 11.230 s 2965.006 2900.00 10.217 s 2806.285 2850.00 Constante(1) Y =2805.068 2800.00 2750.00 7.000 9.600 12.20 14.80 17.40 [s] 20.00 Voltage A: RMS-Value C Variacion en el set-point de tension Edelaysen Voltage Figura 116-6: Respuesta temporal de la tensión ante variación de su set-point INFORME FINAL PAG. 143 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 Año de fabricación Potencia Modo de operación : : : : : : Turbina hidráulica, Francis Hong Zhou Electric Equipment Works ZMEC, China 2001 3.400 KVA – 2.700 KW Semi base y punta Modelo dinámico propuesto para el Impulsor Esquema funcional básico Agua PMU Reg. Reg. G Turbina INFORME FINAL PAG. 144 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 Posición del servo principal Característica: Posicion Servo / Potencia Potencia m ecánica 1/ 1+Tm s Im pulsor del generador 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 118-1 y seguidamente los valores medidos, ilustran la relación existente entre la posición del servo del impulsor y la potencia medida. Figura 118-1: Característica del servo y la potencia medida INFORME FINAL PAG. 145 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 Constante de tiempo del agua Tw 1,19 Segundos Constante de tiempo de la turbina Tm 0,05 Segundos Tiempo de lanzamiento del grupo turbina-generador evaluado gráficamente Ta 5,75 Segundos Tabla 118-1: Parámetros identificados del impulsor del generador 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 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 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 Voltage A: Frequency A 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 Input Signals: Measurement value 16 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 Power A-C: Total Active Power 36.13 59.20 Trip de potencia activa - Unidad 118 Edlaysen 82.28 [s] 105.4 Frec / Servo / Pot Figura 118-2: Respuesta temporal del control de velocidad ante un rechazo de carga 8.4.2 Regulador automático de velocidad – PCO – Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del PCO, datos que han sido aportados por Edelaysen. Fabricante Modelo Año y Lugar de fabricación Modo de operación : : : : Hong Zhou Electric Equipment Works BWT Micro Computer Governor 2001, China Regulación de potencia / frecuencia, potencia y velocidades Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico INFORME FINAL PAG. 147 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 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: Tiempo de apertura total del distribuidor (segundos) 10,7 Tiempo de cierre lento total del distribuidor (segundos) 11,246 Tiempo de cierre rápido total del distribuidor (segundos) 7,27 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 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 Voltage A: Frequency A 20.00 19.00 18.00 17.00 16.00 15.00 -9.935 -1.186 Input Signals: Measurement value 16 0.30 0.27 0.24 0.21 0.18 0.15 -10.03 Edlaysen -1.250 Power A-C: Total Active Power 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 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 Voltage A: Frequency A 30.00 27.00 24.00 21.00 18.00 15.00 -9.950 Edlaysen -3.960 Input Signals: Measurement value 16 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 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 Voltage A: Frequency A 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 Power A-C: Total Active Power 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 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 Input Signals: Measurement value 16 21.15 36.71 Tiempo de cierre y apertura 52.26 [s] 67.81 Servo Figura 118-5: Registro de 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. 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 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 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 Gráfico 118-1: Estructura identificada del PMU-PCO 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 - Tabla 118-2: Principales parámetros identificados del PMU-PCO INFORME FINAL PAG. 153 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 1.16 1.12 1.08 1.04 1.00 0.96 -5.000 17.00 ReCalcPmu: Measured Generator Speed pmu_FRA 118: Simulated Generator Speed 39.00 61.00 83.00 [s] 105.0 17.00 ReCalcPmu: Measured Valve Position pmu_FRA 118: Simulated Valve Position 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 Desempeño mínimo de la regulación de velocidad / potencia 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 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén Descripción Símbolo Valor medido Valor Aceptable Unidad Banda de potencia ± 10% ∆P ± 10% x x Kilovatios Tiempo de establecimiento Test x < 30 Segundos Banda Muerta BM X < 50 mHz Gradiente de toma de 6,00 X MW / min. Ptc carga* * Solamente se solicita para maquinas que efectúan la regulación secundaria DIgSILENT Tabla 118-3: Parámetros de desempeño mínimo del PCO identificados 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 Power A-C: Total Active Power 30.60 38.40 Rampa de potencia activa - Unidad 118 Edlaysen 46.20 [s] 54.00 Subplot/Diagramm Figura 118-6: Respuesta temporal de la potencia ante variación de su set-point en forma continua 8.4.3 Regulador automático de tensión – VCO – Se presentan seguidamente los principales datos técnicos del VCO, datos que han sido aportados por Edelaysen. Fabricante Modelo INFORME FINAL : : Hong Zhou Electric Equipment Works WJL-2 PAG. 155 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén Año y Lugar de fabricación : 2001, China Modelo dinámico propuesto Esquema funcional básico 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 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. INFORME FINAL PAG. 156 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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. La estructura identificada para el VCO es la indicada en el Gráfico 118-3. Por su parte la Tabla 118-4 indica los parámetros asociados. Finalmente el Gráfico 118-4 muestra la comparación entre una variable medida y aquella estimada, ello permite obtener una visión gráfica de la aproximación del modelo propuesto. vco_FRA 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 Gráfico 118-3: Estructura identificada del VCO INFORME FINAL PAG. 157 8 Planta Hidroeléctrica Puerto Aysén 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 ReCalc: Measured Terminal Voltage vco_FRA 118: Closed Loop Response 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 Desempeño mínimo de la regulación de tensión 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