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TÍTULO DEL PLAN DE TESIS

METODOLOGÍA PARA ANÁLISIS DE FENÓMENOS DE RESONANCIA SUBÍNCRONA EN UN SISTEMA ELECTRICO DE POTENCIA

AUTOR: JEFFERSON FERNANDO PEÑA ALVAREZ

ASESOR: GERSON LA TORRE

ENERO – 2018

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ÍNDICE 1.

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 3

2.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................. 3 2.1.

DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA ................................................................. 3

2.2.

ALCANCE ................................................................................................................... 3

3.

OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN................................................................................. 4 3.1.

OBJETIVO GENERAL ................................................................................................. 4

3.2.

OBJETIVO ESPECIFICOS ........................................................................................... 4

4.

JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN....................................... 4 4.1.

JUSTIFICACIÓN .......................................................................................................... 4

4.2.

IMPORTANCIA ........................................................................................................... 4

5.

HIPOTESIS DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................................. 5

6.

VARIABLES E INDICADORES ........................................................................................... 5

6.1. VARIABLES DEPENDIENTES .......................................................................................... 5 6.2. VARIABLES INDEPENDIENTES ...................................................................................... 5 7.

TIPO Y NIVEL DE LA INVESTIGACIÓN............................................................................ 5 7.1.

TIPO DE INVESTIGACIÓN ......................................................................................... 5

7.2.

NIVEL DE INVESTIGACIÓN ...................................................................................... 5

8.

METODO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................... 6 8.1.

METODO DE LA INVESTIGACIÓN .......................................................................... 6

8.2.

DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................................. 6

9.

TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE LA RECOLECCION DE LA INFORMACION....... 6 9.1.

TÉCNICAS .................................................................................................................... 6

9.2.

INSTRUMENTOS .......................................................................................................... 6

10.

ESTRUCTURA TENTATIVA DEL INFORME FINAL ........................................................ 6

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TEMARIO DE TESIS TITULO DE LA TESIS: “METODOLOGÍA PARA ANÁLISIS DE FENÓMENOS DE RESONANCIA SUBÍNCRONA EN UN SISTEMA ELECTRICO DE POTENCIA”

1. INTRODUCCIÓN La presente tesis denominada “METODOLOGÍA PARA ANÁLISIS DE FENÓMENOS DE RESONANCIA SUBÍNCRONA EN UN SISTEMA ELECTRICO DE POTENCIA”, es un trabajo de investigación para encontrar una metodología efectiva que pueda determinar fenómenos de resonancia subsíncrona en un sistema eléctrico de potencia. Se trabajará con el método de eigenvalores, barrido de frecuencia y análisis de transitorios electromagnéticos (EMT), los cuales están disponibles en el programa DIGSILENT; dicho programa servirá como una herramienta de análisis. Se validará la metodología hallada a través de un caso real, la reciente aparición de resonancia subsíncrona en la central térmica de Puerto Bravo. 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2.1. DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA En los últimos años la demanda energética en el país ha crecido por lo que se implementó en el SEIN diversos proyectos de generación y transmisión. Actualmente el sistema eléctrico peruano consta de las siguientes centrales térmicas conectadas a la red de 220kV: Kallpa, Chilca 1, Chilca 2, Las Flores, Ilo 2, Reserva fría Ilo y las centrales térmicas conectadas a la red de 500kV: Fénix, Santo Domingo de los Olleros y las centrales térmicas del nodo energético Sur (Puerto Bravo y NEPI), todo esto sumado a la operación de la línea de transmisión de 500 kV Chilca-Marcona-Ocoña-Montalvo con 4 capacitores en serie lo que da lugar a la aparición del fenómeno de resonancia subsíncrona ya que presentan los dos elementos requeridos: unidades turbina-generador y líneas de transmisión largas con compensación capacitiva en serie. Al respecto cabe mencionar que los días 11, 15 ,19 y 23 de julio del 2016, las unidades TG4, TG3, TG2 y TG1 de la C.T. Puerto Bravo respectivamente fueron declaradas indisponibles para su operación, por haberse identificado fisuras en sus ejes. El 18 de octubre del 2016 SAMAY (titular de la C.T.) informó al COES que la indisponibilidad se debía al fenómeno de resonancia subsíncrona. 2.2. ALCANCE Los métodos de análisis se resonancia subsíncrona son: Análisis modal o de eigenvalores, Barrido de frecuencia, Análisis de respuesta en la frecuencia, Análisis aproximado en el dominio de la frecuencia y Análisis en el dominio del tiempo. El enfoque de la tesis está delimitada principalmente al Análisis de Eigenvalores, Barrido de frecuencia y Transitorios Electromagnéticos (EMT).

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3. OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN 3.1. OBJETIVO GENERAL 

Desarrollar una metodología efectiva para determinar fenómenos de resonancia subsíncrona en un sistema eléctrico de potencia utilizando el método de eigenvalores, barrido de frecuencia y análisis de transitorios electromagnéticos (EMT).

3.2. OBJETIVO ESPECIFICOS 

   

Estudiar la técnica de análisis de eigenvalores, barrido de frecuencia y transitorios electromagnéticos (EMT) orientada al estudio de resonancia subsíncrona (RSS). Simular en DigSilent un escenario real con presencia de resonancia subsíncrona en el sistema eléctrico peruano (SEIN). Realizar el análisis de eigenvalores al sistema conjunto para identificar modos inestables. Realizar el análisis de barrido de frecuencia al sistema conjunto para identificar posible riesgo de RSS. Realizar el análisis de EMT para verificar la presencia de RSS.

4. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN 4.1. JUSTIFICACIÓN 

Con la aparición del fenómeno de RSS, los daños al sistema eléctrico de potencia y/o eje del turbogenerador son considerables. Estos daños involucran cantidades exorbitantes de dinero en multas y/o reparaciones. Con la presente investigación se tendrá una metodología de detección de RSS, lo cual ayudará a evitar este tipo de eventos o fallas.

4.2. IMPORTANCIA 

Servirá para identificar riego de resonancia subsíncrona en cualquier sistema eléctrico de potencia, con el fin de evitar perjuicios a centrales comprometidas con el fenómeno.



Se conocerá bajo qué condiciones se generó el fenómeno de RSS en la central térmica de Puerto Bravo perteneciente al SEIN.

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5. HIPOTESIS DE LA INVESTIGACIÓN 

Mediante el método de análisis de eigenvalores, barrido de frecuencia y transitorios electromagnéticos (EMT), los cuales están disponibles en DigSilent, es posible determinar fenómenos de resonancia subsíncrona en un sistema eléctrico de potencia.

6. VARIABLES E INDICADORES 6.1. VARIABLES DEPENDIENTES   

Impedancia de la red (Ohm) Frecuencias de oscilación del modo (Hz) Amortiguamiento de la oscilación (1/S)

6.2. VARIABLES INDEPENDIENTES        

Potencia de generación (MW) Frecuencia eléctrica (Hz) Voltaje (V) Corriente (A) Tiempo (S) Inercia (Kg.m^2) Constante elástica (Kn.m/rad) Amortiguamiento (kN.m.s/rad)

7. TIPO Y NIVEL DE LA INVESTIGACIÓN 7.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN 

Investigación aplicada porque tiene como finalidad primordial la resolución de problemas prácticos.

7.2. NIVEL DE INVESTIGACIÓN 

Investigación explicativa o de comprobación de hipótesis causales ya que está dirigida a la explicación de los fenómenos y el estudio de sus relaciones para conocer su estructura y los aspectos que intervienen en la dinámica de aquellos. Parte de una situación problema para luego indagar posibles causas o factores asociados que permiten interpretarla.

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8. METODO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 8.1. METODO DE LA INVESTIGACIÓN 

Método hipotético deductivo en el cual se plantea la causa del problema a través de las observaciones realizadas de un caso particular donde el razonamiento deductivo ayudara a validar las hipótesis. Posteriormente se comprobará experimentalmente.

8.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 

Se utilizará un diseño experimental con el cual haremos una investigación cuantitativa.

9. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE LA RECOLECCION DE LA INFORMACION 9.1. TÉCNICAS 

Se utilizará la técnica de la experimentación porque es un estudio en el cual se manipula intencionalmente una o más variables independientes y se analizan las consecuencias que la manipulación tiene sobre una o más variables dependientes.

9.2. INSTRUMENTOS  

Digsilent Matlab

10. ESTRUCTURA TENTATIVA DEL INFORME FINAL “METODOLOGÍA PARA ANÁLISIS DE FENÓMENOS SUBÍNCRONA EN UN SISTEMA ELECTRICO DE POTENCIA”

DE

RESONANCIA

Capítulo 1: Generalidades 1.1. Motivación 1.2. Alcances 1.3. Objetivos 1.4. Estructura del trabajo Capítulo 2: Marco teórico 2.1. RSS en sistemas eléctricos de potencia 2.2. Tipos de interacciones de RSS 2.3. Métodos de análisis

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Capítulo 3: Metodología 3.1. Supuestos 3.2. Simulaciones en Digsilent Capítulo 4: Desarrollo aplicativo 4.1. Antecedentes de falla de RSS en C.T. Puerto Bravo 4.2. Modelamiento de escenario operativo de la red el día de la aparición de RSS en C.T. Puerto Bravo Capítulo 5: Validación y análisis de resultados 5.1. Resultado del análisis de Eigenvalores 5.2. Resultado del análisis de Barrido de frecuencia 5.3. Resultado de análisis EMT 5.4. Validación de resultados Capítulo 6: Conclusiones

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