ES2586469B2 - Sistema de deslastre de cargas para redes con motores de elevada potencia - Google Patents
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Abstract
Sistema de deslastre de cargas para instalaciones consumidoras con motores de elevada potencia.#Sistema de deslastre de cargas para instalaciones aisladas consumidoras con motores basada en la comparación de la velocidad y/o la variación de la velocidad en el tiempo de los motores con unos umbrales previamente ajustados que desconectan los diferentes motores si su velocidad y/o la variación de la misma no supera dichos umbrales.
Description
SISTEMA DE DESLASTRE DE CARGAS PARA REDES
CON MOTORES DE ELEVADA POTENCIA
DESCRIPCIÓN
5
OBJETIVO DE LA INVENCIÓN
La presente instalación pretende desarrollar un sistema de deslastre para redes eléctricas con motores eléctricos de elevadas potencias, basada en la medida de la velocidad de giro y/o la variación de la velocidad de giro con respecto al tiempo en los motores. 10
Una clara aplicación son los sistemas eléctricos en redes aisladas con energías renovables, donde se están instalando instalaciones de bombeo para el almacenamiento de energía. En estas redes aisladas puede producirse que, en caso de un defecto en parte de la misma, tras el despeje del defecto, la tensión y la 15 frecuencia vuelvan a su valor asignado. Sin embargo, en otra parte de la red, donde se encuentra la central de bombeo, la tensión no se recupera, quedando en un valor muy inferior a su valor asignado, siendo esta situación insostenible.
Por tanto, en caso de utilización de relés de deslastre basados en medida de la 20 frecuencia, en este tipo de redes no se detectaría el mal funcionamiento del sistema eléctrico tras el defecto.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En los sistemas eléctricos en redes aisladas donde se pretende instalar energías 25 renovables es necesaria la instalación de centrales de bombeo para el almacenamiento de energía.
Estas instalaciones de bombeo son de una potencia reducida (algunos MW) si se comparan con las grandes centrales de bombeo (centenares de MW) en grandes sistemas eléctricos interconectados. Por lo que es muy normal la utilización de máquinas asíncronas para el accionamiento de las bombas.
5
Sin embargo, a pesar de esta pequeña potencia, son del mismo orden que la potencia instalada en las centrales de producción de energía de dicha red aislada.
Durante el análisis de diferentes perturbaciones eléctricas en un sistema eléctrico insular aislado, con una instalación de bombeo de potencia similar a la potencia 10 instalada en generación, se ha verificado la siguiente situación.
Al producirse un defecto en algún punto de la red, la tensión que alimenta la instalación de bombeo desciende y las bombas se frenan. Tras despejarse el defecto puede que la tensión vuelva a su valor asignado, o en algunos casos, se recupere 15 parcialmente quedando en un valor inferior a su valor asignado, siendo esta situación insostenible.
Para solucionar este problema se debe desconectar alguna de las bombas, y de esta forma, se recupera la tensión en dicho punto de la red. 20
Sin embargo, en puntos lejanos a la zona de la instalación de bombeo, la tensión y la frecuencia vuelven a su valor asignado tras la eliminación del defecto. Por lo que si se utilizan relés de deslastre basados en la medida de la frecuencia pudiera ser que esta situación no sea detectada y por tanto, no se realice el deslastre de las bombas 25 necesarias para recuperar el sistema eléctrico.
Tras el análisis de multitud de simulaciones, se ha comprobado que la mejor forma de detectar este tipo de defecto es analizando la velocidad o la variación de la velocidad de los motores que accionan las bombas. 30
Existen diferentes métodos de protección que se basan en la medida de la tensión de los motores, en la medida de la frecuencia de los motores de elevada potencia y una combinación de ambas para detectar si se ha producido una eliminación total del defecto y evitar tener que disparar la instalación eléctrica o si por el contrario, es necesario realizar un deslastre de cargas para prevenir un colapso total del sistema 5 eléctrico.
En el trabajo realizado por Mario Klaric, Igor Kuzle y Sejid Tesnjak, titulado “Example of Undervoltage Load Shedding Implementation”, se mencionan los problemas que tienen los sistemas de energía con la estabilidad de tensión debido a la cantidad de 10 energía transportada a largas distancias. Esta gran cantidad de potencia transportada provoca que el sistema esté muy sobrecargado y trabajando en situación límite, pudiendo llevar al conjunto eléctrico a una situación de colapso. Este documento muestra que uno de los métodos más económicos para prevenir el colapso de tensión en sistemas de elevada longitud es el deslastre de cargas por baja tensión 15 (Undervoltage Load Shedding). Dicho método está siendo ensayado en New England y forma parte del sistema de energía de Croacia.
En el trabajo elaborado por Hazlie Mokhlis, Mazaher Karimi y Amidaddin Shahriari, “A New Under-Frequency Load Shedding Scheme for Islanded Distribution Network”, se 20 tratan los problemas de protección para las redes aisladas para mantener la frecuencia del sistema.
A través del documento realizado por Junjie Tang, Junqi Liu, Ferdinanda Ponci y Antonello Monti, titulado “Adaptative Load Shedding Based on Combined Frequency 25 and Voltage Stability Assessment Using Synchrophasor Measurements”, se muestra un nuevo algoritmo adaptativo centralizado de deslastre de cargas que combina la información suministrada por las unidades de medida de los fasores de la frecuencia y de la tensión para la detección de grandes perturbaciones. Mediante este método se unifican dos esquemas de trabajo que anteriormente se realizaban por separado. 30
sistema eléctrico aislado ante dicho defecto, se realiza una comparaciónentre los valores medidosy los de referencia, previamente ajustados.Si los valores de velocidadde giroy/o la variaciónde la velocidadde giromedidas en los motores después de producirse el defectoson mayores o iguales a los de referencia de 5dichos parámetros, entonces el sistema eléctrico es capaz de recuperar su correcto funcionamiento estable sin necesidad de realizar un deslastre de potencia de los motores.Si por el contrario los valores de velocidad de giro y/o la variaciónde la velocidad de giro medidas en los motores en dicha situación de defectoson menores que los valores de 10referencia, será necesario realizar un deslastre paulatino de potencia. Después de dicho deslastre de potencia, sevolverá a operar del mismo modo comparando la nueva situación con los valores de referencia determinados hasta conseguir que dichos valores medidos en los motores sean mayores o iguales que los de referencia con el fin de conseguir restablecer el sistema.15Dichos valores de referencia de velocidad de giro y variación de la velocidadde girorespecto del tiempo de los motores de elevada potencia son ajustables, tras el análisis de la red eléctrica,dependiendo de la impedancia de la línea de la instalación consumidora y de la potencia total instalada en dicho sistema eléctrico aislado.20BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASPara complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña la presente memoria descriptiva, formando parte integrante de la misma, un juego de dibujos en donde 25con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:La Figura1representa uno de losesquemassimplificadosde una de las redeseléctricasaisladas, con una instalación eléctrica consumidora de elevada potencia delasque se han realizadonumerosas simulaciones.Está compuesto por los siguientes elementos:301.Conjunto de generadores.
2.Red eléctrica.3.Transformadorelevador de tensión.4.Transformadorreductor de tensión.5.Conjunto de motores.5En laFigura2se representanlas gráficasde la frecuencia en bornes de la generación de la instalación eléctrica ante un defecto sin deslastre de potencia.6.Curva de la frecuencia en bornes de la generación sin deslastre de potencia.La Figura3representa la evolución de la frecuencia de la red eléctrica ante un defecto con 10deslastre de potencia.7.Curva de la frecuencia en bordes de la generación con deslastre de potencia.La Figura4representa la evolución de la frecuencia de la red eléctrica ante un defecto sin deslastre de potencia.158.Curvade la velocidad de giro de los motores ante un defecto sin deslastre de potencia.La Figura5representa la evolución de la velocidad de giro de los motores de elevada potencia ante la situación de un defecto en el sistema eléctrico condeslastre de potencia en 20la instalación.9.Curva de la velocidad de giro de los motores ante un defecto con deslastre de potencia.En la Figura 6 serepresenta la evolución de latensión de alimentación de los motores de la 25instalación ante un defecto en el sistema eléctrico sin deslastre de potencia.10.Curva de la tensión de los motores ante un defecto sin deslastre de potencia.La Figura 7representa la evolución de la tensión de alimentación de los motores de la instalación ante un defecto en el sistema eléctrico con deslastre de potencia.3011.Curva con la evolución de la tensión de los motores ante un defecto con deslastre
de potencia.En laFigura8se representa unsistema de deslastre para cuatro motorescon el que se realiza la comparación entre la velocidad de giro de losmotores con su valor umbral ajustable y la comparación entre la variación de la velocidadde giro de los motoresrespecto 5al tiempo con su valor umbral autoajustable para ordenar el disparo de los motores correspondientes mediante la apertura del interruptor y así evitar el funcionamiento en condiciones inestablesde la instalación eléctrica aislada.2.Red eléctrica.4.Transformadorreductor de tensión.1012.Interruptor de la acometidaeléctrica.13.Interruptor del motor.14.Motor.15.Equipode medida de la velocidad de giro del motor.16.Subsistema decomparación entre la velocidad de giro y/ola variación de la 15velocidad de giro con sus respectivos valores ajustables.17.Subsistema generador de órdenesde deslastre de potencia.18.Transmisión de la orden de apertura alosinterruptores13.En la Figura9se representa el diagrama de bloques del sistema de comparación de 20velocidad de giro de los motorescon su umbral ajustablepara determinar en cada situación si es necesario o no deslastrar potencia.19.Umbral20.Comparador de la velocidad de giro del motor con su umbral ajustable.25La Figura 10representa el diagrama de bloques del sistema de comparación de la variación de la velocidad de giro de los motores respecto al tiempo con su umbral ajustable para determinar en cada situación si es necesario realizar un deslastre de cargas.21.Elemento calculador de la variacióndela señal de entrada con respecto al tiempo.22.Variación de la velocidad de giro del motor respecto al tiempo.3023.Umbral ajustable de la variación de la velocidad de giro del motor respecto al tiempo.24.Comparador de la variación de la velocidad de giro del motor con su umbral ajustable.
La Figura 11representa la comparación de la velocidad de giro del motor y la variación de la velocidad de giro del motor respecto al tiempo con sus respectivos umbrales ajustables.25.Sistema comparador de la velocidad de giro del motor y/ola variación de la velocidad de giro del motor respecto al tiempo con sus respectivosumbralesajustablesy con diferentes temporizadores para activar la señal de desconexión.Dichos 5temporizadores son preferentemente temporizadores ajustables para retrasar las distintas órdenes de desconexión. La Figura12representa la gráfica de la velocidadde giro del motor ante un defecto en la instalación eléctrica sin deslastre de potencia.1026.Curva de la evolución de la velocidad de giro del motor sin deslastre de cargas.La Figura 13representa la gráfica de la velocidad de giro del motor ante un defecto en la instalación eléctrica con un deslastre de cargas en dos etapas.27.Curva de la evolución de la velocidad de giro del motor ante un deslastre de cargas 15en dos etapas.REALIZACIÓNES PREFERENTES DE LA INVENCIÓNLa idea de la presente invención es conocer mediante la comparación de la velocidad de giro de los motores y/ola derivada de la velocidadde girode estos motores de elevada 20potencia respecto del tiempo con unos valores previamente ajustados, que son dependientesde la impedancia de la línea y de la potencia total conectada, para determinar si cuando se produce una falta en el sistema eléctrico, éste es capaz de despejar el defecto y recuperar el funcionamiento estable, o, si por el contrario, hay que iniciar un deslastre paulatino de potencia desconectando motores para conseguir la recuperación de la 25estabilidad y evitar el disparo de la instalación eléctrica.Sistema de deslastre basado en la medida de la velocidadSistema de deslastre basado en la comparación de la velocidad de giro de los motores con un umbral ajustableque determinará mediante la comparación entre ambos si es necesario 30realizar un deslastre paulatino de cargas cuando el valor medido es menor que el umbral, o
si por el contrario, la instalación restablece el funcionamiento estable sin la necesidad de realizar un deslastre de cargas cuando el valor medido es mayor que el umbral.Sistema de deslastre basado en la medida de la variación de la velocidadSistema y método de deslastre basado en la comparación de la variación velocidadde giro5en el tiempo de los motores con un umbral ajustableen el cual,si el valor de dicha variación de velocidad de los motoresrespecto del tiempo es menor que el umbral autoajustable,será necesario iniciar un deslastre paulatino de cargas hasta que el valor de la pendiente de la velocidad sea mayor que dicho valor ajustable determinado.
Claims (5)
- REIVINDICACIONES 1. Sistema de deslastre de cargas para redes con motores basado en la medida de la velocidad de giro de los motores, caracterizado porque comprende los siguientes subsistemas: - Subsistema de medida de la velocidad de giro de los motores después de 5 producirse un defecto en el sistema eléctrico; - Medios de comparación de la velocidad medida con un determinado umbral ajustable para determinar si los motores que deben ser desconectados de la red eléctrica; de forma que o si los valores de velocidad de giro de los motores medida después de 10 producir el defecto son mayores o iguales al umbral determinado, el sistema es capaz de recuperar su correcto funcionamiento estable sin necesidad de realizar un deslastre de potencia desconectando los motores paulatinamente; y o si los valores de velocidad de giro de los motores medida después de 15 producir el defecto son menores al umbral determinado, es necesario realizar un deslastre de potencia desconectando los motores paulatinamente.
- 2. Sistema de deslastre de cargas para redes con motores según la reivindicación 20 1, donde el sistema comprende los siguientes subsistemas: - Temporizadores ajustables para retrasar las distintas órdenes de desconexión.
- 3. Sistema de deslastre de cargas para redes con motores basado en la variación de la velocidad de giro de los motores, caracterizado porque comprende los 25 siguientes subsistemas: - Subsistema de medida de la velocidad de giro de los motores después de producirse un defecto en el sistema eléctrico; - Subsistema de cálculo de la variación de la velocidad en el tiempo; - Medios de comparación de la variación de la velocidad en el tiempo medida 30 con un determinado umbral ajustable para determinar si los motores que deben ser desconectados de la red eléctrica; de forma que o si los valores de variación de la velocidad de giro de los motores medida después de producir el defecto son mayores o iguales al umbral determinado, el sistema es capaz de recuperar su correcto 35funcionamiento estable sin necesidad de realizar un deslastre de potencia desconectando los motores paulatinamente; y o si los valores de variación de la velocidad de giro de los motores medida después de producir el defecto son menores al umbral determinado, es necesario realizar un deslastre de potencia 5 desconectando los motores paulatinamente.
- 4. Sistema de deslastre de cargas para redes con motores según la reivindicación 3, donde el sistema comprende los siguientes subsistemas: - Temporizadores ajustables para retrasar las distintas órdenes de desconexión. 10
- 5. Sistema de deslastre de cargas para redes con motores según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la decisión de realizar la desconexión de los motores se realiza mediante una lógica donde se utilizan la velocidad de giro, la variación de la velocidad de giro o cualquier combinación de ambas 15 variables así como temporizadores ajustables para retrasar las diferentes señales de desconexión.
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