Control Automático de Generación Para cumplir con los compromisos de control de la frecuencia y la generación optimizando los costos de operación, se emplea un sistema de control llamado Control Automático de Generación (CAG), el cual tiene tres objetivos principales que son: 1. Mantener la frecuencia del sistema al valor nominal o muy cerca de este valor. 2. Mantener el intercambio neto de potencia activa entre áreas de control en el valor programado. 3. Realizar el reparto de carga entre generadores de manera de optimizar los costos de operación.
4.1 Regulación Secundaria Uno de los problemas más importante en la operación de los sistemas eléctricos de potencia es el control de generación. Ante un cambio de carga, los sistemas de gobernación de velocidad dan lugar, en estado estable, a una desviación de frecuencia de acuerdo a su característica de regulación, lo que se conoce como Regulación Primaria, esta acción de control dura aproximadamente de 2- 8 segundos. Si se desea operar a la frecuencia nominal, será necesario cambiar la referencia de carga del generador en forma manual o automática, a esta acción se le denomina Regulación Secundaria o suplementaria, esta acción de control tiene un tiempo aproximado de 1- 2 minutos. minutos. En un sistema de potencia real con cientos de generadores operando en línea, la regulación secundaria se convierte en una labor compleja y difícil de realizar en forma manual por los operadores del sistema. A esto se suma la aplicación de criterios económicos para optimizar costos de operación y efectuar el reparto de carga entre los generadores. En los centros de control modernos la regulación secundaria se lleva a cabo mediante mediante el CAG
4.2 Control Automático de Generación para para la operación de Areas de Control Se denomina Area de Control a una parte de un sistema interconectado dentro del cual se controla la generación y la frecuencia de acuerdo a ciertos Octavio Esquerra Gastelum IT Hermosillo
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lineamientos. El límite del área de control es simplemente los puntos de las líneas de enlace donde se tiene la medición del flujo de potencia. Todos las líneas de enlace que cruzan el límite deben ser medidas para que el área de control pueda calcular el total de la potencia neta de intercambio. En el caso de una Area de Control aislada (no se consideran líneas de enlace), el Control Automático de Generación cumple las siguientes funciones Objetivo 1: Igualar el total de la generación al total de la demanda de sistema. Acciones de Control: Respuesta de gobernación del sistema, esto es, regulación de la velocidad y de la carga (regulación primaria) CAG o regulación secundaria Criterio: Mantener la frecuencia constante Ejecutado por: Regulación natural del sistema o CAG
Objetivo 2: Asignar la generación total del sistema entre las fuentes alternativas del sistema para optima economía. Acciones de Control: Despacho económico Criterio: Cargar las fuentes a iguales costos incrementales de la potencia entregada. Ejecutado por: Control de despacho económico. En el caso de un sistema interconectado consistente de múltiple áreas de control, El Control automático de generación debe cumplir además de las funciones anteriores con la siguiente.
Objetivo 3: Asignar la generación total entre Areas de Control de tal manera que cada una siga su propia carga y también participe en la regulación de la frecuencia. Generación total del área = Total (carga del área + pérdidas) + Intercambio neto del área Acciones de Control: Regulación de intercambio- frecuencia Criterio: Mantener la regulación neta del área en lo programado Ejecutado por: Control de intercambio y frecuencia.
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4.3 Error de Control de Area (ECA) El cambio requerido en generación, históricamente llamado error de control de área, o ECA, representa el cambio en la generación del área requerido para restaurar la frecuencia y el intercambio neto a sus valores deseados. El ECA para cada área se define como: ECA = T - To + β(f – f o)
(MW)
= Δ T + β Δ f
β = β sist =
1 +
(MW/Hz)
D
R sist
To = Intercambio neto programado con otras áreas T = Intercambio actual f = Frecuencia actual del sistema f o = Frecuencia programada del sistema Si se opera en el modo de Control de Frecuencia Constante (caso de un área aislada) Δ T = 0 y el error de control de área se define como: ECA = β(f – f o)
MW
Y en el modo de Intercambio neto Constante, el ECA se define como ECA = T - To
Control de Intercambio constante
f
Control de frecuencia constante
f o
Control de intercambio y frecuencia
To
T
Fig. 11 Modos de operación del CAG
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4.4 Asignación de la generación Los sistemas de potencia consisten de áreas de control con muchas unidades generadoras cuya potencia de salida debe ser ajustada de acuerdo a criterios económicos. Esto es, se debe implementar un programa de cálculo de despacho económico acoplado a un mecanismo de control que determine cuanto de la generación total de cada área se requiere de cada unidad. Se debe recordar que el valor total de la generación en particular no se mantiene por mucho tiempo, puesto que la carga en el sistema de potencia varia continuamente. Por consiguiente, no es conveniente para una generación total especifica, calcular el despacho económico para cada unidad y luego dar al mecanismo de control la salida en MW para cada unidad. Cuando se usan computadoras digitales se corre el programa de despacho económico en intervalos de uno a varios minutos. La salida del cálculo del despacho económico puede alimentar a otro programa en la computadora que ejecuta las funciones de control. Puesto que el cálculo del despacho económico se ejecuta cada cierto tiempo, se debe proporcionar un medio para indicar cuanta generación va a ser asignada para valores diferentes de la generación total usada en el cálculo del despacho económico. La asignación de la salida de los generadores individuales sobre un rango de los valores de la generación total se consigue usando puntos base y factores de participación. El cálculo del despacho económico es ejecutado con la generación total igual a la suma de los valores presentes medidos de las unidades generadoras. El resultado de este cálculo es una serie de puntos base de generación. P i base, el cual es la potencia de salida más económica de cada unidad generadora. La relación de cambio de la salida de cada unidad con respecto al cambio de la generación total se le llama factor de participación, pf de la unidad. El punto base y los factores de participación se expresan como sigue. Pi des = Pi base + pf i ( Δ Ptotal) Donde
Δ Ptotal = Pnueva total -
∑ Pi base
Pi des = potencia nueva de salida deseada de la unidad i Pi base = punto base de generación de la unidad i pf i = factor de participación de la unidad i Δ Ptotal = cambio total de generación la suma de los factores de participación debe ser igual a la unidad Octavio Esquerra Gastelum IT Hermosillo
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4.5 Implementación del Control automático de Generación (CAG) La implementación moderna del control automático de generación de una localización central donde la información relacionada con el sistema es telemedida. Las acciones de control se deciden en una computadora digital y luego son transmitidas a las unidades generadoras por el mismo canal de telemedición. Para implementar un sistema de CAG, se requiere la siguiente información en el centro de control. 1. La potencia de salida en MW de cada unidad comprometida 2. El flujo en MW de cada línea de enlace a las áreas vecinas 3. La frecuencia del sistema La salida de la ejecución de un programa de CAG debe ser transmitida a cada una de las unidades generadoras. La práctica común es transmitir pulsos de subir o bajar de longitud variable a las unidades. El equipo de control entonces cambia el ajuste de referencia de carga (set point) hacia arriba o hacia abajo en proporción con la longitud del pulso. La longitud del pulso de control puede ser en bits de una palabra digital que es transmitida por un canal digital de telemedición. El uso de telemedición digital esta siendo práctica común en los sistemas modernos donde la información que maneja el control supervisorio como señales de control (apertura y cierre de interruptores, subir/bajar) medición (MW, MVAR, MVA, Voltaje, etc.) todo es enviada por el mismo canal.
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