The Map Vector (MapVec)

El caso de estudio # 1 corresponde a un sag monofásico tipo 2 producido en el nodo 842, con una resistencia de falla de 4 Ohm. El hundimiento de tensión generado tiene un valor de 0.147 p.u. Este se presenta en un tiempo tfalla=55ms y se despeja en un tiempo tdespeje=350ms. El valor de

función objetivo obtenido para este sag es de 14.435.

En la Figura 6.1 se muestra el comportamiento de los perfiles de tensión en tensiones RMS de las tres fases (A, B y C) del nodo 842. Para todos los casos de estudio se utiliza una línea roja punteada para señalizar el comportamiento del sistema cuando se encuentra en estado normal, una línea verde cuando se presenta el sag en el sistema, y finalmente, una línea azul cuando el DSTATCOM se encuentra en funcionamiento y conectado en el punto donde se presenta el sag.

(a) (b) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

Perfiles RMS caso crítico 1, fase A

Tiempo [s] T ens ion [ p. u. ] 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

Perfiles RMS caso crítico 1, fase B

Tiempo [s] T ens ion [ p. u. ]

103

Figura 6.1. Perfiles RMS para el caso de estudio 1 (a) Fase A, (b) Fase B, (c) Fase C

Fuente: Autores

Debido a que se presenta un hundimiento monofásico, las gráficas (a) y (c) de la Figura 6.1 muestran los perfiles de tensión RMS de la fase A y C, las cuales presentan cambios mínimos durante la ocurrencia del sag. Sin embargo, durante el sag se percibe un aumento de tensión en la fase C hasta 1.052 p.u., la cual es ajustada por el DSTATCOM luego de absorver la potencia reactiva necesaria para reducir la tensión a los niveles apropiados.

En la gráfica (b) de la Figura 6.1 se observa como después de iniciado el hundimiento de tensión el control del DSTATCOM se mantiene en espera hasta 100ms tiempo en el cual empieza a inyectar potencia reactiva, aumentando el perfil de tensión hasta 145ms. En ese instante de tiempo el DSTATCOM llega a su punto máximo de operación elevando la tensión RMS de la fase B de 0.147 p.u. a 0.475 p.u. Es evidente que existe una mitigación del sag, sin embargo, el aumento de los perfiles de tensión RMS no sobrepasa 0.5 p.u. Esto se debe a que el sag es generado a partir de una falla a tierra y la potencia reactiva necesaria para mitigar un hundimiento de tensión tan severo superan la potencia reactiva que el DSTATCOM diseñado puede entregar.

Para analizar el comportamiento del controlador diseñado, en la Figura 6.2 se muestran las señales de control de magnitud y las señales de tensión de salida del DSTATCOM. Además, se presentan la respuesta de las modulaciones de amplitud (Ma) de cada fase, la comparación entre las señales de tensión de cada fase (A, B y C) del nodo 842 y las señales de tensión de salida del DSTATCOM cuando no se encuentra conectado al nodo afectado (circuito abierto).

(a) (b) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

Perfiles RMS caso crítico 1, fase C

Tiempo [s] T ens ion [ p. u. ] 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Modulaciones de amplitud, fases A, B y C

Tiempo [s] Ma Ma Fase A Ma Fase B Ma Fase C 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

Señal de salida STATCOM y Tensión del sistema, fase A

Tiempo [s] T ens ion [k V]

Tension de salida del STATCOM Tension del sistema

104

(c) (d)

Figura 6.2. Comportamiento de las señales de control del DSTATCOM caso de estudio 1 (a) Modulación de amplitud, (b) Tensiones fase A, (c) Tensiones fase B, (d) Tensiones fase C

Fuente: Autores

En la Figura 6.2(a) se observa que en el tiempo en el cual inicia el sag (55 ms) la señal de modulación de amplitud de la fase B (línea azul) reduce su valor y se mantiene en un estado de espera mientras se realiza una lectura correcta del ángulo del hundimiento de tensión. El control presenta este retardo debido a que por la severidad del sag los perfiles RMS de la señal de tensión se distorsionan y el funcionamiento del PLL se ve afectado por este fenómeno.

Con respecto a las fases A y C, mostradas en la Figura 6.2(b) y Figura 6.2(d), se observan distorsiones de la señal en el tiempo de ocurrencia del sag. En la fase A se presenta un pequeño aumento de tensión en la salida del DSTATCOM, mientras que en la fase C se presenta una reducción en la señal de salida que corresponde a la respuesta del control ante el aumento de tensión que se presenta en esta misma fase. Por otra parte, en la fase B mostrada en la Figura 6.2(c) existe un aumento de tensión hasta los 82.3 kVpico (por fase) en la salida del DSTATCOM. Esta tensión es aproximadamente cuatro veces mayor que la tensión nominal del sistema. Es importante resaltar la respuesta del control respecto a la sincronización del ángulo de la tensión de salida del dispositivo, tanto en el tiempo de ocurrencia como en el tiempo de finalización del hundimiento de tensión, el cual evita que se realicen inyecciones no deseadas de potencias activas al sistema.

6.1.2.1 Comportamiento del sistema ante variaciones discretas de la tensión DC, para el caso de estudio 1

Debido a que las características de diseño del DSTATCOM limitan la inyección de potencia reactiva al sistema, y por lo tanto, el dispositivo es incapaz de aumentar los perfiles de tensión a sus valores nominales, se realizó en todos los casos de estudio un análisis discreto al sistema ajustando los valores de la fuente de tensión DC manualmente con el fin de determinar cuánta tensión DC es necesaria en la entrada del dispositivo para que la función objetivo del nodo se acerque a cero (valor ideal). Para este análisis se realizaron simulaciones con 10 valores de tensión DC desde 0 a 7000V distribuidas en pasos de a 700V para obtener una gráfica de la función objetivo con respecto a la tensión DC de cada simulación y así analizar el comportamiento de la misma.

La función objetivo de este caso de estudio fue reducida de un valor de 14.435 a un valor de 5.67 cuando en la fuente DC se tienen 3600 V (tensión nominal de la fuente DC). La Figura 6.3 muestra la gráfica de la función objetivo en función de la tensión DC de la fuente y se observa como esta disminuye a 0.86 cuando se aplica un valor de tensión DC de 7000V, el cual sería el valor necesario para mitigar completamente el hundimiento de tensión analizado.

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 -100 -50 0 50 100

Señal de salida STATCOM y Tensión del sistema, fase B

Tiempo [s] T ens ion [k V]

Tension de salida del STATCOM Tension del sistema

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

Señal de salida STATCOM y Tensión del sistema, fase C

Tiempo [s] T ens ion [k V]

Tension de salida del STATCOM Tension del sistema

105

Figura 6.3. Función objetivo vs Tensión DC para caso de estudio 1

Fuente: Autores

6.1.2.2 Análisis de perfiles de tensión del sistema IEEE34M: Caso de estudio 1

Por otra parte, se realizó un análisis del comportamiento de los perfiles de tensión de todos los nodos del sistema antes y después de conectar el dispositivo. En la Figura 6.4 se presenta una gráfica compuesta por barras de color que representan los valores promedio de tensión p.u. para cada nodo cuando se presenta el sag en el sistema antes y despues de conectar el DSTATCOM. De esta figura se observa que las tensiones de los nodos cercanos al nodo 842 caen a menos de 0.2 p.u. y en los nodos más lejanos la tensión máxima del sistema es 0.781 p.u. En el momento de entrar en funcionamiento el DSTATCOM se observa un aumento de tensión en la zona de mayor impacto del sag, alcanzando valores de tensión entre 0.43 p.u. y 0.48 p.u. Sin embargo, en las zonas lejanas al nodo afectado por el sag los perfiles de tensión se comportan de manera particular.

Es así como en los nodos desde el 800 hasta el 854 (incluyendo 810, 818 y 820) los niveles de tensión disminuyen después de conectado el DSTATCOM si se comparan con las tensiones del sistema durante el sag sin el dispositivo conectado. Dicho comportamiento se puede asociar a la severidad del sag ya que se presentan diferencias significativas entre los ángulos antes y durante el sag. Debido a que el DSTATCOM genera tensiones sincronizadas con los ángulos del hundimiento de tensión, los cuales son diferentes a los ángulos de tensión en los generadores, se presentan flujos de potencia indeseados que afectan la amplitud de la señal en esos nodos.

0 5 10 15 20 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Fu n ci o n Ob jet iv o Tension DC

106

Figura 6.4. Comportamiento de los perfiles de tensión por nodo caso de estudio 1

Fuente: Autores