Desarrollo y aplicación de controladores para mejorar el amortiguamiento en sistemas eléctricos de gran escala

En esta Tesis se aborda la problemática de los modos de oscilación electromecánicos de baja frecuencia, en los sistemas eléctricos de potencia (SEP). Dichas oscilaciones corresponden a uno de los principales desafíos en los SEP que, por lo general, están constituidos por líneas de transmisión largas, con una clara estructura longitudinal y que operan fuertemente cargadas. Estructuras de este estilo se presentan en diversos países tales como Brasil, Estados Unidos, Ecuador y particularmente en el sistema eléctrico chileno. La Tesis analiza en detalle las oscilaciones electromecánicas desde sus causas y efectos primarios, hasta el diseño y sintonización de los dispositivos de control disponibles en la actualidad, tales como los dispositivos FACTS y los estabilizadores de sistemas de potencia (PSS). Con el objeto de entender el fenómeno en estudio, en esta Tesis se clarifican, en primer lugar, los conceptos básicos que explican la estabilidad de los sistemas de potencia, dándose un énfasis particular a la estabilidad angular y a los fenómenos de inestabilidad ante pequeñas perturbaciones. Seguido, se presenta la clasificación e identificación de los modos de oscilación electromecánicos y su asociación con los elementos participantes mediante el análisis de los valores propios del SEP. A continuación, se identifican las máquinas sincrónicas con mayor participación en dichos modos de oscilación, definiendo el punto de partida de la metodología propuesta. La construcción de la metodología propuesta en este estudio se basa en una técnica metaheurística. Con el fin de entender la selección de la técnica metaheurística, se describen en detalle las técnicas que resultan más relevantes en la literatura. La técnica metaheurística seleccionado es el PSO (Particle Swarm Optimization), la cual es usada para la sintonización de los PSS y de los amortiguadores de las oscilaciones de potencia dispuestos tanto en los compensadores de reactivos (SVC) como en los capacitores serie controlados por tiristores (TCSC). La metodología propuesta permite identificar a las máquinas más relevantes para incorporarles un PSS, definir su señal de entrada y determinar las características de fase y ganancia de los respectivos estabilizadores. La metodología contempla la sintonización coordinada de los distintos tipos de estabilizadores existentes en el SEP. Dicha metodología es aplicada al caso chileno, un sistema de potencia de gran escala compuesto por más de 14000 terminales, más de 300 generadores y líneas de transmisión entre 66kV y 500kV. La modelación entre la interconexión de los sistemas SIC y SING se realiza a través de una línea de doble circuito de corriente alterna, de aproximadamente 578km, con una subestación intermedia. Particularmente, los resultados de este estudio se basan en la verificación del desempeño de los ajustes propuestos en el futuro sistema eléctrico chileno, tanto para pequeñas perturbaciones en modos de oscilación locales e interárea, como ante fallas en el sistema de transmisión. Adicionalmente, se presenta un análisis comparativo entre la respuesta del sistema antes y después de la incorporación de los controladores. Finalmente, en base a los resultados obtenidos se presentan las conclusiones del trabajo y se realizan recomendaciones para trabajos futuros en esta área de investigación.