Análisis y localización de fuentes de oscilaciones forzadas en sistemas eléctricos de potencias

Título

Análisis y localización de fuentes de oscilaciones forzadas en sistemas eléctricos de potencias

Colaborador

Elizondo, Marcelo
Galarza, Cecilia G.

Editor

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería

Fecha

2024-11-05

Extensión

ix, 81 p

Resumen

A diferencia de las oscilaciones naturales, que dependen principalmente de las características dinámicas del sistema, las oscilaciones forzadas (OF) están determinadas por perturbaciones que impulsan el sistema. Las OF pueden ocurrir debido a diferentes causas, como fallas en dispositivos o controladores, diseños de control inadecuados y condiciones anormales de funcionamiento de una planta de generación. El análisis de datos de unidades de medición de sincrofasorial (PMU) durante la operación de sistemas de potencia reveló que la presencia de OF es un fenómeno común. La presencia sostenida de OF significativas en el sistema eléctrico podría provocar efectos adversos en equipos, reducción de la calidad de la energía, o la pérdida de estabilidad del sistema. La forma más eficaz de mitigar las OF es localizar la fuente y desconectar de la red el elemento asociado. La primera contribución de esta tesis es el desarrollo de una metodología sistemática basada en análisis tiempo-frecuencia de mediciones PMU que efectúa conjuntamente la detección, identificación y filtrado de componentes oscilatorias en señales asociadas a OF no estacionarias. Por un lado, la metodología propuesta supera las limitaciones de los métodos de detección convencionales, que no incluyen la reconstrucción de los componentes de la señal en el dominio del tiempo. Por otro lado, presenta un mejor desempeño en casos de OF no estacionarias respecto a los métodos de identificación y filtrado de OF reportados en la literatura (que generalmente asumen que el comportamiento de la frecuencia de la OF es estacionario en cierta ventana de tiempo). La metodología desarrollada fue aplicada en una competencia internacional organizada por IEEE y NASPI, donde se obtuvo el premio del tercer puesto entre un total de sesenta participantes de todo el mundo. La segunda contribución del trabajo es el desarrollo de un nuevo método de localización de fuentes de OF basado en funciones de energía. Específicamente, se propone una extensión del método Dissipating Energy Flow (DEF), denominada Método DEF Complejo (CDEF). El método propuesto está basado en una función de energía compleja del sistema de potencia que supera algunas de las limitaciones de la función de energía convencional del sistema de potencia en la que se basa el método DEF. Este método tiene una mayor tasa de éxito para localizar la OF en casos de interacciones locales de control entre generadores cercanos. Cabe destacar que el método DEF original estaba siendo aplicado en el centro de control del sistema de transmisión de New England (ISO-NE), y luego de las publicaciones asociadas al trabajo de investigación de esta tesis, actualmente han implementado el método CDEF.
Contrary to natural oscillations, which mainly depend on the dynamic characteristics of the system, forced oscillations (FO) are determined by disturbances that drive the system. FO can occur due to different causes, such as device or controller failures, inadequate control designs, and abnormal generator operating conditions. Synchrophasor measurement unit (PMU) analysis revealed that the presence of FO is a common phenomenon. The sustained presence of significant FO in the electrical system could cause adverse effects on equipment, reduced power quality, or loss of system stability. The most effective way to mitigate FO is to locate the source and disconnect the associated element from the network. The first contribution of the thesis is the development of a systematic methodology based on time-frequency analysis of PMU data that jointly performs the detection, identification and filtering of oscillatory components associated with nonstationary FO. On the one hand, the proposed methodology overcomes the limitations of conventional detection methods, which do not include the reconstruction of signal components in the time domain. On the other hand, it presents a better performance in non-stationary FO cases compared to the FO identification and filtering methods reported in the literature (which assume that the behavior of the FO frequency is stationary in a certain time window). The developed methodology was applied in an international contest organized by IEEE and NASPI, where the third place prize was obtained among a total of sixty participants from all over the world. The second contribution is the development of a new method for locating FO sources based on energy functions. Specifically, an extension of the Dissipating Energy Flow (DEF) method is proposed, which is called the Complex DEF Method (CDEF). It is based on a complex energy function of the power system that overcomes some of the limitations of the conventional energy function of the power system, on which the DEF method is based. This method has a higher success rate (than the conventional DEF method). It should be noted that the original DEF method was being applied at the Transmission System Control Center of New England Independient System Operator (ISO-NE), and after the publications associated with the research work of this thesis, ISO-NE has currently implemented the CDEF method.