Desarrollo de Instrumentos Virtuales Para Simulacion Tiempo Real Aplicada en Estudios de Área Amplia

Abstract

En este trabajo de tesis se abordan problemas en el campo de medición, protección y control de sistemas de transmisión de energía eléctrica, haciendo énfasis en desarrollar instrumentos virtuales para observar el comportamiento de variables eléctricas en la vecindad de un parque eólico.

En principio se dan a conocer los algoritmos que tiene el instrumento virtual de medición. Se refiere al firmware que tiene codificado una Unidad de Medición Sincronizada (PMU) comercial y con énfasis en la tarea de filtrado combinado análogo-digital, cálculo de la frecuencia de oscilación de la señal, la estimación de magnitud, ángulo y además del instante de registro de tiempo global en los respectivos fasores de corriente y voltaje.

El código embebido de la PMU virtual se compiló para manejar todo un código ejecutable probado con señales de una red eléctrica de prueba. Dichas señales se generan mediante simulación digital de tiempo real en la que opera un protocolo de procesamiento paralelo distribuido de la interfaz de la plataforma de simulación de tiempo real OPAL-RT. Se cita ejemplos en que se resuelvan simultáneamente el mismo proceso de tiempo real ecuaciones discretas y ecuaciones con variables continuas. Dado el enfoque del trabajo en los instrumentos más que en la red, no se abunda el tema del bloque de ecuaciones diferenciales de los modelos matemáticos de elementos de la red eléctrica.

Una vez concebida la PMU virtual, se trabajó con un protocolo que hace las veces de un sistema de monitoreo de área amplia (WAMS). El propósito es registrar condiciones de estado estable y de estados transitorios a partir de una perturbación controlada. Por ejemplo, se presentan señales producto de maniobras secuenciales, partiendo desde un estado estable inicial, seguido de la ocurrencia de una falla específica y organizada al final la respuesta de accionamiento automático de interruptores. El documento muestra las señales eléctricas, y la salida emitida por PMUs.

En esa tarea de probar el desempeño en línea de nuestra PMU virtual y obtener un WAMS, hubo necesidad de precisar el filtrado digital. Esta tesis prueba una solución original con un filtrado adaptativo que se ajusta a las condiciones de frecuencia cambiante en la red. Se incluye un apartado para estudiar esos escenarios de prueba de desempeño con el filtrado adaptivo, mayormente fuera de línea para evidenciar el comportamiento de seguimiento de frecuencia de una red.

Este trabajo se puede tomar como una guía avanzada para el diseño y aplicación de las unidades de medición digital. Además con la señal registrada ya sincronizada se tiene una base de diseño de futuros algoritmos dentro de una PMU o para desarrollo a nuevas aplicaciones en el tópico de WAMS.