Modelos de máquina síncrona para simulaciones en sistemas eléctricos de potencia

Abstract

Los sistemas de potencia, cada vez más grandes, requieren operar bajo condiciones de seguridad, confiabilidad y economía. Esta necesidad se refleja en el diseño y operación de sus componentes. Uno de los elementos fundamentales del sistema de potencia es la máquina síncrona. La simulación de la máquina síncrona en el sistema de potencia se realiza con la ayuda del computador. Debe deducirse un modelo matemático que pueda representar con suficiente precisión les fenómenos que tienen lugar en la máquina real. A través de los años se han deducido diferentes modelos matemáticos para la representación de la máquina, sin embargo, ha seguido en los últimos 10 años, una tendencia creciente por obtener la mayor exactitud posible en estos modelos matemáticos. Paralelamente se han desarrollado nuevos métodos para medición de parámetros de máquina síncrona. De esta manera se supera la imitación de utilizar modelos aproximados justificada en la pobre precisión de los parámetros. La disponibilidad de computadores grandes y cada vez más rápidos permite realizar simulaciones de mayor curación. Quedan, entonces, atrás los modelos matemáticos simplificados cuya respuesta sólo es válida para los primeros 1 o 2 segundos. Los costos elevados en el diseño de los elementos del sistema exigen reducir los márgenes de seguridad y la implementación de elementos de control de respuesta más rápida. Por ello toma importancia el considerar el efecto de devanados amortiguadores en el rotor de la máquina, el efecto transitorio sobre el eje en cuadratura producido por el rotor cilíndrico de los turbogeneradores y el efecto de saturación en el entrehierro, además del efecto transitorio producido por el devanado de campo. Cada día las justificaciones para preferir modelos simplificados de máquina síncrona se reducen. El trabajo se inicia con la deducción del modelo matemático más complejo de máquina síncrona vigente hoy en día analiza relaciones entre los parámetros y variables del sistema. A partir de este modelo complejo, se llega a modelos de orden menor realizando simplificaciones sucesivas, hasta retomar al modele clásico más simple de representación de la máquina síncrona. Se hace una breve descripción de algunos métodos nuevos de medición de parámetros y se analiza su influencia en el modelo. Además de la máquina síncrona existen los elementos de control y los elementes de la red. Para ellos debe deducirse las ecuaciones correspondientes.