Multiclass classification problem

Los sistemas de excitación de los generadores mantienen la magnitud de voltaje y controlan el flujo de potencia reactiva en el sistema. El medio primario para el control de potencia reactiva de los generadores es el sistema de control de excitación utilizando el regulador automático de voltaje AVR (automatic voltage regulator). El papel del AVR es mantener la magnitud de voltaje en terminales de un generador síncrono a un nivel específico. Un aumento de la demanda de potencia reactiva está acompañado por una caída de la magnitud de voltaje en las terminales del generador. La magnitud de voltaje es detectada a través de un trasformador de potencial en una de las fases de la máquina. El voltaje es rectificado y comparado con una señal de comando de corriente directa. La señal amplificada de error controla el devanado de campo y aumenta el voltaje en terminales del excitador. Por

lo tanto, la corriente del devanado de campo es aumentada, lo cual resulta en un aumento de la FEM generada. La generación de potencia reactiva es aumentada y se alcanza un nuevo equilibrio al mismo tiempo en que se aumenta el voltaje en las terminales a un valor deseado. El estabilizador de sistemas de potencia es en ocasiones utilizado en el lazo de control del AVR para ayudar a amortiguar las oscilaciones de potencia en el sistema. El PSS es típicamente un elemento diferenciador con elementos correctivos de cambio de fase. La señal de entrada puede ser proporcional a la velocidad del rotor, frecuencia de salida del generador o la potencia real de salida del generador.

Figura 2.6. Diagrama funcional del sistema de excitación de un generador

La Figura 2.6 presenta un diagrama funcional de un sistema de control de excitación típico para un generador sincrónico de gran dimensión. A continuación se describe cada uno de los elementos:

 (1) Excitador: provee potencia de corriente directa al devanado de campo de la máquina síncrona, constituyendo la etapa de potencia del sistema de excitación.

 (2) Regulador: procesa y amplifica las señales de control a un nivel y de forma apropiada. Incluye la regulación y las funciones de estabilización del sistema de excitación (razón de retroalimentación y compensación de adelanto-retraso.

 (3) Transductor de voltaje en terminales y compensador de carga: monitorea, rectifica y filtra el voltaje en terminales a una cantidad en corriente directa, luego lo compara con el voltaje de referencia. En adición, la compensación de carga puede utilizarse para mantener el voltaje constante a un punto remoto, eléctricamente, de las terminales del generador.

 (4) Estabilizador de sistemas de potencia (PSS): provee una señal adicional de entrada al regulador para amortiguar las oscilaciones del sistema de potencia. Algunas señales comúnmente utilizadas son: la desviación de la velocidad del rotor, potencia de aceleración y la desviación de frecuencia.

 (5) Circuitos limitadores y de protección: estos incluyen un amplio rango de funciones de control y protección que aseguran que los límites de capacidad del excitador y del generador síncrono no sean excedidos. Algunas funciones comúnmente utilizadas son:

a) Limitador de excitación máxima (OXL): Este protege al generados de los sobre calentamientos debido a la prolongada sobrecorriente de campo. Este también determina el límite de máxima excitación. El campo del generador esta diseñado para operar a un valor de carga correspondiente. La función límite de sobreexcitación típica, detecta la condición de corriente de campo, y luego de un retardo, actúa a través del regulador AC. Si esto no es exitoso, lo transfiere al regulador DC. Si este tampoco reduce la excitación simplemente desconecta el campo. Existen dos tipos de retardos en el tiempo: fijo e inverso. El tiempo límite fijo opera cuando la corriente de campo excede el valor pick. El inverso opera de acuerdo a la capacidad térmica del campo. Esto se muestra en la Figura 2.7.

Figura 2.7. Característica del Limitador OXL

b) Limitador de subexcitación (UEL): Intenta prevenir la reducción de excitación del generador hasta los límites de estabilidad y calentamiento. La señal de control del UEL esta derivada de una combinación de corriente y voltaje o potencia activa y reactiva del generador. Los límites de la señal se presentan cuando excede un valor de referencia. La Figura 2.8 muestra la coordinación entre ambas.

Figura 2.8. Característica del limitador UEL

c) Compensador de Carga: El regulador automático de voltaje (AVR) normalmente controla el voltaje en terminales del estator. Algunas veces, la compensación de carga es usada para controlar el voltaje representativo, ya sea dentro o fuera del generador. Este es ejecutado por un circuito adicional en el loop AVR. El compensador es ajustable por una resistencia y/o reactancia variable que simulan la impedancia entre los terminales del generador y el punto de control del voltaje. Con esto se mide la corriente por armadura, la caída de voltaje es sumada o restada al voltaje en terminales. La magnitud resultante Vc es la que llega al AVR, la expresión queda:

P  |1," @H " 2NB · Q| (2.37)

Con Rc y Xc positivos, la caída de voltaje en el compensador es sumada al voltaje en bornes del generador. El compensador regula el voltaje en un punto dentro del generador y de este modo previene la caída.

Con Rc y Xc negativos, el compensador regula el voltaje en un punto al otro lado de los terminales. Esta forma de compensación es usada para compensar las caídas de voltaje a través del transformador de subida.

d) Protección de Voltios por Hertzios: Este se usa para proteger al transformador debido a un daño provocado por un flujo magnético resultante debido a baja de frecuencia o sobrevoltaje. Un excesivo flujo magnético provoca una saturación en el núcleo lo que lleva a un sobrecalentamiento, lo que provoca daños en el núcleo del generador y transformador.

e) Limitador de corriente de armadura: Estos limitadores no son tan comunes como los limitadores de campo. La principal razón es la inercia térmica de los bobinados de armadura, la cual permite que una sobrecarga sea percibida por el operador de la planta. En tales circunstancias, se baja la potencia recativa de salida de la maquina, a traves de la disminucion del voltaje de refenrecia del AVR.

Estos son normalmente circuitos distintos y sus señales de salida pueden ser aplicadas al sistema de excitación en varios puntos.