Análisis y simulación de control proporcional (estatismo) de tensión de generadores

Abstract

El propósito de este trabajo es modelar, analizar y simular el comportamiento de un control proporcional de tensiones en generadores para regular la tensión de los nudos en la red de Nueva Inglaterra de 39 nudos. El control proporcional se realizará en los bornes de la red eléctrica, es decir, en alta tensión, por lo que la importancia de este control reside en la estabilidad que se proporciona a la red al conectar los generadores en alta tensión.

Este trabajo hace uso del algoritmo de Newton-Raphson para resolver el flujo de cargas de la red eléctrica en cuestión. Este algoritmo es necesario ya que las ecuaciones que modelan el sistema son diferenciales de alta complejidad y requieren de este proceso iterativo para resolverlas, donde las variables de estado corresponden con las tensiones reactivas generadas por los generadores, y la variable a resolver con la tensión de los nudos. Se emplea además el cálculo por integración por el método de Runge-Kutta para describir la respuesta temporal de las variables de estado y el perfil de las tensiones durante la simulación.

El método empleado, por tanto, es el cálculo computacional para resolver ecuaciones complejas de miles de iteraciones e integración de respuestas temporales para así llegar a los resultados deseados. Los resultados obtenidos en este trabajo corresponden con los esperados, corroborando así la efectividad del control proporcional de tensión en generadores. Los resultados finales obtenidos mediante el algoritmo de flujo de cargas y mediante la simulación son exactamente iguales, como bien se quería demostrar.

This project’s objective is to model, analyze and simulate the behavior of a proportional voltage control in synchronous generators to regulate the node voltage in the 39 node New England grid. The voltage control will be carried out in the network’s terminals, this is, at high voltage, and so the importance of this control resides in the stability given to the grid when the generators are connected at high voltage.

This project makes use of the Newton-Raphson algorithm to solve the load flow problem in the New England grid. This algorithm is necessary due to the complexity of the differential equations that describe the system, which require this iterative resolution process, where the state variables are the reactive powers generated by the proportional control generators, and the variable to solve is the nodes’ voltages. Additionally, for the calculation of the time response of the reactive powers and the voltage, the Runge-Kutta method is used. This method integrates the time response of the nodes’ voltages and powers to obtain the same result as the load flow problem gives.

The method used in this project, therefore, is the computational calculus to solve the complex equations with thousands of iterations and integration of time response to consequently obtain the desired results. These results obtained in this project correspond to the expected results, therefore proving the effectiveness of the proportional voltage control in generators. The obtained results from the load flow algorithm and the simulation process are exactly the same, as it was desired to prove.