DETERMINACIÓN DEL ESQUEMA DE ALIVIO DE CARGA POR BAJA FRECUENCIA DEL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO - Ecuador

8/9/2019 DETERMINACIN DEL ESQUEMA DE ALIVIO DE CARGA POR BAJA FRECUENCIA DEL SISTEMA NACIONAL INTERCONECT

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DETERMINACIN DEL ESQUEMA DE ALIVIO DE CARGA POR BAJA FRECUENCIA DEL S.N.I.

PERODO ABRIL 2014 - SEPTIEMBRE 2014

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DETERMINACIN DEL ESQUEMA DE ALIVIO DE CARGA

POR BAJA FRECUENCIA

DEL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO

P#!'( A)!%$ 2014 * S#+,%#")!# 2014

INFORME PRELIMINAR

10 (# "&! 2014


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CONTENIDO

1. RESUMEN EJECUTIVO..................................................................................................................

2. OBJETIVOS.....................................................................................................................................4

. AN/LISIS ESTADSTICO DE EVENTOS REALES CON ACTUACIN DEL EAC - BF................

4. CONSIDERACIONES GENERALES...............................................................................................

. PROTECCIN POR BAJA FRECUENCIA DE GENERADORES................................................12

. METODOLOGA DE AN/LISIS.....................................................................................................1

. RESULTADOS...............................................................................................................................1

3. CONCLUSIONES RECOMENDACIONES.................................................................................14

5. BIBLIOGRAFIA.............................................................................................................................1


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1. RESUMEN EJECUTIVO

El desbalance entre la carga y la generacin, ocasionado por disturbios en elsistema elctrico, tales como la prdida de generacin, carga y/o por fallas en la redde transmisin, se ve representado por la variacin de la frecuencia del sistema, lamisma que, al tratarse de disturbios menores, es corregida a travs de laparticipacin de los reguladores de velocidad de las unidades de generacin.

Ante fallas que involucran grandes prdidas de generacin y/o la apertura deenlaces internacionales, cuyo aporte al sistema elctrico corresponde a unporcentaje importante del total de la generacin del Sistema, la frecuenciadisminuye rpidamente y alcana valores que ponen en riesgo la operacin ydisminuyen la vida !til de los equipos elctricos" al no ser suficientes las reservaspara regulacin primaria de frecuencia, es necesaria la implantacin de esquemasautomticos de descone#in de carga por baja frecuencia.

$a descone#in de las cargas est activada normalmente por rels de bajafrecuencia que desconectan escalones de carga en las subestaciones seg!n sealcanan umbrales de actuacin.

En un sistema elctrico los eventos pueden ocurrir bajo diferentes escenarios deoperacin %de generacin y demanda&, y, con la finalidad de preservar 'asta dondesea posible la seguridad del sistema, previnindole del colapso parcial o totaldurante situaciones de contingencia, ().*ara frecuencias inferiores a +,+ - sedebe implementar un esquema de alivio de carga 01, que permita mantener lafrecuencia dentro de valores operativos, evitando en lo posible la sobrefrecuencia.

2n esquema ideal de descone#in de carga por baja frecuencia seccionar3a!nicamente la fraccin de carga que no puede ser cubierta con la reserva rodante,objetivo dif3cil de lograr, considerando que los alimentadores seleccionados paraparticipar en el EA4 5 67 son los mismos para diferentes escenarios de operacin,por lo que en el dise8o de estos esquemas se prioria la seguridad frente a laeficiencia, y por lo tanto el esquema automtico de descone#in por baja frecuenciadebe desconectar la carga necesaria para asegurar la estabilidad del sistemadespus de la prdida de generacin para todos los escenarios de operacin.

*ara determinar el EA4 5 67 para el sistema elctrico ecuatoriano, se parte de laevaluacin de la operacin del sistema ante la prdida de generacin y/o laapertura de los cuatro circuitos de la l3nea de transmisin 9amondino : *omasqui

;?, como eventos probables.4on la finalidad de preservar la seguridad del sistema ante eventos de prdida degeneracin de gran magnitud, eventos poco probables pero posibles, se analia laprdida de generacin en cascada. El estudio se realia para los tres per3odos dedemanda, de un d3a laborable, con diferentes condiciones en el intercambio depotencia entre Ecuador y 4olombia.

$os anlisis se efect!an mediante simulaciones de la operacin en estadotransitorio del Sistema @acional nterconectado, con la topolog3a del Sistema@acional de Bransmisin previsto para el per3odo de anlisis, la operacin de loscuatro circuitos de la $/B 9amondino : *omasqui ;?, y condiciones de alta'idrolog3a en las cadenas Caar : *aute y Agoyn : San 7rancisco" la finalidad es,

determinar un Esquema de Alivio de 4arga por 6aja 7recuencia EA4 5 67 para elsistema elctrico ecuatoriano, que sea capa de recuperar la frecuencia a su valornominal, o al menos superior al umbral del primer paso%+,0 -&, D1, ;1, 01, ()Sedebe optimiar la cantidad de carga a desconectar en eventos, evitando almximo la sobrefrecuencia, es decir, frecuencias superiores a = - despus de


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ocurrido un evento)01, ante la apertura del enlace y/o la prdida de generacin%del sistema elctrico ecuatoriano o del sistema elctrico colombiano&, de tal formade preservar la vida !til de las unidades de generacin.

*ara el anlisis se consideran, a travs de los cuatro circuitos de la l3nea detransmisin 9amondino : *omasqui ;?, escenarios de importacin de" = CF endemanda m3nima, = CF en demanda media y D++ CF en demanda m#ima y unescenario de e#portacin de D0= CF en demanda m3nima por tratarse de un casode alta 'idrolog3a. $as importaciones cumplen con la funcin de precautelar laseguridad de la ona norte del Ecuador.

Ge los resultados de los anlisis realiados para el semestre Abril 5 Septiembre;=D0, se recomienda implantar el siguiente esquema de descone#in automticaH

T&)$& 1. EA4 : 67 para el S.@.. per3odo Abril : Septiembre ;=D0

Biempo de actuacin I temporiacin del rel J tiempo de apertura de interruptorGescone#in de carga %K&H porcentaje con relacin a la carga total

ESQUEMA DE ALIVIO DE CARGA POR BAJA FRECUENCIADISE6ADO

P!7#n,&8#9 (# D#97n#:%;n (# C&!


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mayor severidad en cuanto a prdida de generacin, particularmente aquellasasociadas a la apertura de los cuatro circuitos de la l3nea de transmisin 9amondino

: *omasqui ;?, as3 como prdidas adicionales de generacin en el sistemaelctrico ecuatoriano.

. AN/LISIS ESTADSTICO DE EVENTOS REALES CON ACTUACINDEL EAC - BF

Ge las estad3sticas de fallas desde maro de ;===#"& (# A$%?% (# C&!


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de !."" #$, con la actuacin del primer paso del %s&uema de 'livio de Carga por(a)a *recuencia.

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*ara seleccionar el porcentaje de descone#in de carga, en cada uno de lospasos del EA4 5 67, en los anlisis realiados, se encuentran los valores dedescone#in de carga, de tal forma que a los D+ segundos, la frecuencia sea almenos superior al umbral del primer paso %+,0 -& procurando evitar tambin,frecuencias superiores a = -.

Se 'an escogido siete pasos de descone#in de carga por baja frecuencia, conla finalidad de evitar en lo posible, descone#iones innecesarias y por lo tantosobrefrecuencias en el sistema.

El EA4 5 67 tiene como finalidadH

4umplir con las @ormas de calidad, seguridad y confiabilidad establecidas en los

*rocedimientos de Gespac'o y Nperacin del CEC %Oegulacin @o. 4N@E$E4==/==&, garantiando la calidad del servicio en lo que se refiere a las magnitudesde frecuencia del S.@..

Cantener en lo posible la frecuencia del sistema elctrico dentro de valores

operativos, para que al producirse desbalances entre la generacin y la demanda,como resultado de contingencias, ante la salida intempestiva de unidades degeneracin o fallas en elementos de la red de transmisin, el sistema sea capa deoperar con una frecuencia cercana a su valor nominal, o al menos superior a +,0-. D1, ;1, 01. 4on esto se busca evitar que los equipos del S.@.. se e#pongan portiempos prolongados a variaciones de frecuencia que puedan afectar su vida !til.

Aumentar la seguridad operativa al S.@.. en casos de dficit de generacin,

minimiando las interrupciones de los suministros de energ3a a los clientes encasos de emergencia.

Evitar riesgos de prdida de estabilidad, muy altos voltajes y sobrecargas en

el S.@..

Seleccionar, de la manera ms equitativa posible, en los sistemas de losGistribuidores y Prandes 4onsumidores del CEC, la carga a desconectar en cadapaso del EA4 5 67, considerando el criterio general de mantener el [email protected] interconectado.

$a descone#in de carga se realia con rels de frecuencia %MD seg!n normaA@S& calibrados a valor constante. Gado que tanto la carga como el despac'ode generacin son variables a lo largo del d3a, al determinar el porcentaje dedescone#in adecuado ante los diversos eventos que pudieran presentarse, serequiere de anlisis e#'austivos para no incurrir en valores muy altos%superiores a D -& o muy bajos %que no permitan recuperar la frecuencia almenos superior al umbral del primer paso&, en los que se estabiliar lafrecuencia dentro de un periodo determinado.

El Esquema de Separacin de Qreas 5 ESA de la ntercone#in 4olombia :Ecuador est dise8ado con las siguientes caracter3sticasH


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4.2 ESQUEMA DE SEPARACIN DE /REAS ESA

Bodas las funciones del esquema de separacin de reas debern producir laapertura de los cuatro circuitos de la $/B 9amondino : *omasqui ;? en ambose#tremos, por lo tanto debe estar 'abilitado el env3o y recepcin de disparostransferidos en las subestaciones 9amondino y *omasquiH

Sobrepotencia de env3o de Ecuador a 4olombiaH ? en base a ;;= >?&, con un retardo de+== ms, en las subestaciones 9amondino y *omasqui.

6aja 7recuencia en 9amondino y *omasquiH +M.; -, con retardo de +== ms.

6ajo voltaje en 9amondino y *omasquiH =.M+ p.u. %DML >?&, con un retardo de

+== ms, en las subestaciones 9amondino y *omasqui.

*roteccin de potencia inversa en *omasqui, bajo condiciones de importacin

de EcuadorH

*ara importaciones menores a D== CF, el ajuste est en ;== CF con un

retardo de D;== ms.

*ara importaciones mayores a D== CF, el ajuste est en D== CF con un

retardo de D;== ms.

Esquema de *roteccin de Alto ?oltajeH

En 4olombia el ajuste de alta tensin rpido se realia en ;= >? y en Ecuador

en ;++ >?.$a proteccin de alta tensin, act!a con la siguiente secuencia en 9amondino y*omasquiH

Salida de servicio del banco de capacitores en 9amondino ;;= >? en D==ms.

Apertura del circuito D de 9amondino : *omasqui ;?, con un retardode ?, con unretardo de L+= ms.


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Apertura del circuito ; 9amondino : *omasqui ;?, con un retardo de== ms.

$a proteccin de alta tensin, act!a con la siguiente secuencia en San6ernardinoH

Salida de servicio de todos los bancos de capacitores en San 6ernardino;;= >? en menos de ?, con un retardo intencional que permitacoordinacin y selectividad con los siguientes tiemposH

4ompensacin capacitiva de 9amondino de L; C?Ar, con un retardo de

D< segundos. Apertura del circuito D de 9amondino : *omasqui ;?, con un retardo

de D+ segundos.

Apertura del circuito < de 9amondino : *omasqui ;?, con un retardode DL segundos.

Apertura del circuito 0 de 9amondino : *omasqui ;?, con un retardode D segundos.

Apertura de un circuito San 6ernardino : 9amondino, con un retardo de;D segundos.

Apertura del circuito ; de 9amondino : *omasqui ;?, con un retardode ; segundos.

Apertura del otro circuito San 6ernardino : 9amondino, con un retardo de;M segundos.

Se encuentra 'abilitado el env3o y recepcin de disparos transferidos en lassubestaciones 9amondino y *omasqui.

$os anlisis se realian mediante simulaciones de la operacin en estado transitoriodel S.@.. con la topolog3a del Sistema @acional de Bransmisin actual y

considerando la operacin de los cuatro circuitos de la l3nea de transmisin9amondino : *omasqui ;?, para escenarios de alta 'idrolog3a en los embalsesde las centrales 'idroelctricas Caar 5 *aute y Agoyn 5 San 7rancisco, paraper3odos de demanda m3nima, media y m#ima de un d3a laborable, considerandovalores representativos para cada condicin.

El esquema de alivio de carga por baja frecuencia se activa por umbral desde +,0-.

El valor m3nimo de la frecuencia depende de la respuesta inicial de los reguladoresde velocidad, la reserva de regulacin primaria del sistema y el comportamiento dela carga respecto de la frecuencia.

El tiempo que un sistema elctrico de potencia es capa de tolerar operando conbajas frecuencia, depende de los l3mites operativos de los equipos de la red,generalmente asociados con la operacin de los equipos y servicios au#iliares de


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las centrales elctricas, por esta ran las protecciones de m3nima frecuencia de lasunidades de generacin se ajustan con valores entre +L,+ - y +M,= -.*ara evitar la prdida de la vida !til de las plantas trmicas, en ning!n momento lafrecuencia debe mantenerse en valores inferiores a +L,+ - en un tiempo mayor a0M segundos durante toda su vida !til.

Gurante las contingencias se debe minimiar el tiempo en el que la frecuenciapermanece por debajo de valores de +M,+ - para evitar la prdida de la vida !til delas plantas trmicas. Seg!n recomendacin de los fabricantes estas unidadespueden operar con esa frecuencia 'asta


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C#n,!&$M'n%"& M#(%& M:%"&

M M M

P&=,# D


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*ara frecuencias superiores a +M,= - y menores a ;,= - no se debenajustar disparos de unidad.

*ara frecuencias superiores a ;,= - y menores a


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*orcentaje de descone#in acumulado de 0L K

Alternativa D

*orcentaje de descone#in acumulado de 0+ K

Alternativa ;



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. RESULTADOS

En el presente estudio se 'an realiado las simulaciones de eventos e#tremos dedesbalance generacin 5 carga, que incluyen la prdida de generacin local,prdida de generacin en el sistema colombiano y la apertura de los cuatro circuitosde la l3nea de transmisin 9amondino : *omasqui ;? dependiendo el caso, conlos siguientes resultadosH

)aso 1 al 2'*ara demanda m3nima, media y m#ima de un d3a laborable, seselecciona en el primer paso el K de descone#in de carga, mejorando larecuperacin del sistema y robusteciendo la recuperacin de los pasos siguientes.

)asos ( al *'*ara demanda m3nima, media y m#ima de un d3a laborable, seselecciona el LK en cada paso de descone#in de carga, lo que permite la

recuperacin de la frecuencia del sistema y el fortalecimiento en la actuacin entrecada paso planteado.

)aso +'*ara demanda m3nima, media y m#ima de un d3a laborable, se seleccionaen el sptimo paso, el LK de descone#in de carga, el mismo que permite unarecuperacin mayor del sistema, ante grandes prdidas de generacin, evitandoque las mquinas lleguen a frecuencias no deseadas.

El esquema de alivio de carga por baja frecuencia dise8ado, pretende proteger alsistema ante eventos probables, como el disparo de grandes grupos generadoresdel sistema colombiano y ecuatoriano, con la consecuente apertura de los cuatrocircuitos de la l3nea de transmisin 9amondino : *omasqui ;?.

El comportamiento real del sistema ante contingencias, con actuacin del EA4 5 67,depender del desbalance de generacin 5 carga y de los porcentajes deseccionamiento de carga implantados en cada uno de los pasos del esquema.

En el Ane#o D, se presenta un resumen de resultados para cada una de lasalternativas analiadas para las diferentes demandas, investigando la prdida devarios bloques de generacin y el n!mero de pasos de actuacin del EA4 : 67.

3. CONCLUSIONES RECOMENDACIONES

El propsito del EA4 : 67 es, mediante la actuacin de los rels de frecuencia,desconectar la carga que sea necesaria en el sistema para mantener el

balance generacin : carga, de tal forma de recuperar la frecuencia del sistemadentro de los siguientes D+ segundos a valores superiores a +,0 - 01, y, almismo tiempo, evitar valores superiores a D -, posteriores a la ocurrencia delevento. *ara cumplir con este propsito se simularon varias condiciones dedemanda para un d3a laborable representativo, cuya evaluacin permite


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determinar un esquema que ofrece caracter3sticas apropiadas para unadecuado desempe8o operativo del sistema.

El esquema recomendado para el per3odo Abril : Septiembre ;=D0, estdise8ado para responder ante las contingencias ms cr3ticas en el sistema,considerando entre ellas, la salida intempestiva de varias unidades de la4entral *aute y la prdida del enlace entre 4olombia y Ecuador. 4on estascontingencias, adems de perder una gran cantidad de generacin, el sistemaecuatoriano pierde inercia, y la capacidad de realiar una regulacin defrecuencia adecuada.

$os escenarios evaluados incluyen la prdida de generacin en Ecuador y4olombia y el disparo de la intercone#in entre estos pa3ses. Esto permiteobtener las condiciones ms cr3ticas, ya que con la prdida de la intercone#in,

la inercia y regulacin provista por parte del sistema colombiano es nula, y esmuy probable que se producan sobrefrecuencias %valores de frecuencia sobrelos = -& ante la actuacin del EA4 : 67.

4on la finalidad de preservar la seguridad del sistema, y conforme a losresultados de los anlisis realiados, los distribuidores y grandes consumidoresdeben verificar y ajustar el esquema dise8ado, tal como se muestra en la Babla+, el mismo que considera un seccionamiento del 0LK de su demanda total,distribuidos en siete pasos o etapas de descone#in. $as etapas por umbral defrecuencia operan en el rango de +,0 - 'asta +M,+ - con pasos discretos de=,; - y =,D -.

T&)$& . EA4 : 67 para el S@ per3odo Abril : Septiembre ;=D0Biempo de actuacin I temporiacin del rel J tiempo de apertura de interruptor

Gescone#in de carga %K&H porcentaje con relacin a la carga total

ESQUEMA DE ALIVIO DE CARGA POR BAJA FRECUENCIADISE6ADO

P!7#n,&8#9 (# D#97n#:%;n (# C&!


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Se 'an escogido siete pasos de descone#in de carga por baja frecuencia, conla finalidad de evitar en lo posible descone#iones innecesarias y por lo tantosobrefrecuencias en el sistema.

Gebido a la variacin de la demanda en los alimentadores de las Empresas deGistribucin, durante el d3a, es muy dif3cil implementar un EA4 5 67 que seajuste e#actamente para los tres per3odos de demanda, por esta ran sesolicita que la implementacin del EA4 5 67 se realice con base a condicionesde (#"&n(& "#(%&de un d3a laborable, debido a que dic'a banda tiene lamayor duracin de la curva de carga diaria.

En vista de que el EA4 5 67 act!a en el rango de frecuencias de +,0 - a +M,+-, se recomienda que, en las unidades de generacin, se calibren las

protecciones de baja frecuencia en valores inferiores a +M -. *or otro lado,los picos de frecuencia observados en el estudio, luego de la actuacin delEA4 5 67, no son significativos y tampoco representan riesgo para la seguridaddel S.@.. ni de las unidades generadoras" sin embargo, para la calibracin delas protecciones de sobrefrecuencia de las unidades se deber considerar lasrecomendaciones de los fabricantes, realiando ajustes en valores superiores a; - y con retardos de tiempo del orden de segundos.

El cumplimiento estricto por parte de las Empresas de Gistribucin y Prandes4onsumidores en la implementacin de los porcentajes de descone#in decarga solicitados por el 4E@A4E, como resultado de los anlisis efectuados, esde fundamental importancia para preservar la seguridad de la operacin delSistema @acional nterconectado en su conjunto.

$os rels de derivada de frecuencia : df/dt, son utiliados para proteger alsistema ante eventos con ca3das de frecuencia e#tremadamente rpidos,caracter3stica de respuesta que no poseen los rels de umbral de frecuencia.Sin embargo, con la finalidad de proteger al sistema ante eventos graves, seviene analiando la caracteriacin de la tasa de ca3da de frecuencia, en lasactualiaciones de los estudios semestrales, y una ve que se identifique lanecesidad de este equipamiento, se definirn los ajustes de los rels dederivada de frecuencia, evitando actuaciones equivocadas.

$as ca3das de frecuencia son el resultado de perturbaciones elctricascausadas por el dficit instantneo de potencia activa en un sistema depotencia. $a magnitud de estas ca3das de frecuencia viene determinadaprincipalmente, por el monto del desequilibrio entre la carga y la generacin delsistema, la inercia del sistema y la variacin de la carga con la frecuencia.

4on el fin de reducir descone#iones innecesarias de carga en el sistema, seevalu la factibilidad de reducir los porcentajes de descone#in. Este eventocorresponde a la Alternativa ; presentada en el Ane#o para todas lasdemandas, en la cual el porcentaje acumulado de descone#in corresponde al0+K. En trminos generales, se pudo apreciar que al reducir la descone#in decarga, la frecuencia no logra tener una recuperacin favorable ante ciertos

eventos, por lo que se toma la Alternativa D como la opcin ms adecuada.

$a actuacin del ESA por bajo voltaje se produce apro#imadamente D segundodespus del disparo de generacin en el sistema ecuatoriano.


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5. BIBLIOGRAFIA

D1 Anderson *., Cir'eydar C., An Adaptive Cet'od for Setting 2nderfrecuency$oad S'eddin Oelays;1 Uundur *, *oTer System Stability and 4ontrol

Documents

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