Estimación de los parámetros de un generador síncrono mediante las técnicas Standstill Frequency Response Test (SSFR) y Pseudo-Random Binary Sequence (PRBS)

Abstract

Los generadores síncronos son imprescindibles para la generación eléctrica convencional, y su comportamiento dinámico condiciona la estabilidad de los sistemas de potencia. Reproducir ese comportamiento en los estudios de estabilidad exige conocer con exactitud los parámetros del circuito equivalente de la máquina síncrona. Los métodos clásicos, basados en el ensayo de cortocircuito, solo aportan datos del eje directo y no identifican correctamente el circuito de campo. El ensayo de respuesta en frecuencia con el rotor parado (SSFR), normalizado en la norma IEEE Std 115A-1987, supera esas limitaciones al caracterizar ambos ejes con bajo riesgo para la máquina. Este trabajo implementa un modelo en MATLAB/Simulink que reproduce el ensayo SSFR sobre un generador síncrono de 835 MVA y 26 kV, automatiza el barrido de frecuencias y obtiene las impedancias e inductancias operacionales en los ejes directo y de cuadratura. A partir de ellas, los parámetros del circuito equivalente se identifican mediante mínimos cuadrados lineales con reponderación iterativa de Sanathanan-Koerner, que corrige el sesgo del ajuste. Adicionalmente, se estudia la técnica PRBS como alternativa al barrido, basada en una señal binaria pseudoaleatoria de banda ancha que abarca todo el rango de frecuencias a la vez, de modo que una sola simulación proporciona la respuesta completa. Se comparan ambas técnicas, se analizan resultados y limitaciones y se extraen conclusiones sobre su viabilidad, incluyendo una estimación económica de su aplicación.Synchronous generators are essential for conventional electrical generation, and their dynamic behaviour determines the stability of power systems. Reproducing this behaviour in stability studies requires accurate knowledge of the parameters of the synchronous machine's equivalent circuit. Classical methods, based on the short-circuit test, only provide direct-axis data and do not properly identify the field circuit. The Standstill Frequency Response (SSFR) test, standardised in IEEE Std 115A-1987, overcomes these limitations by characterising both axes with low risk to the machine. This work implements a MATLAB/Simulink model that reproduces the SSFR test on a 835 MVA, 26 kV synchronous generator, automates the frequency sweep and obtains the operational impedances and inductances in the direct and quadrature axes. From these, the equivalent-circuit parameters are identified using linear least squares with iterative Sanathanan-Koerner reweighting, which corrects the fitting bias. In addition, the PRBS technique is studied as an alternative to the sweep, using a broadband pseudo-random binary signal that covers the entire frequency range simultaneously, so that a single simulation provides the complete response. Both techniques are compared, their results and limitations are analysed, and conclusions are drawn on their feasibility, including an economic estimation of their application.