Control secundario de tensión en sistemas eléctricos de potencia con aplicación de lógica difusa

Abstract

La operación de los sistemas eléctricos de potencia requiere niveles de tensión adecuados, los cuales dependen del suministro de potencia reactiva de las unidades de generación, equipos de compensación de potencia reactiva, uso de transformadores con tomas variables, del consumo de las cargas y de los aportes o retiros de potencia reactiva de las líneas de transmisión. Esta dependencia hace que la tensión en las barras de un sistema eléctrico no permanezca constante en el tiempo y espacio. Esto último, debido a que normalmente las barras del sistema eléctrico se encuentran distribuidas en áreas extensas. La complejidad de los sistemas y el requisito impuesto por las cargas de mantener el perfil de tensiones en límites estrechos, hacen que sea necesaria la implementación de controles automáticos de tensión. En el inicio de la era del control automático de tensión, las centrales de generación eléctrica mediante sus reguladores de tensión automático de tensión resolvieron el problema de control de tensión controlando algunos nodos en forma local. Sin embargo, actualmente el control local ya no es suficiente, por lo que se requiere coordinar la actuación de los diferentes equipos para, en forma conjunta, controlar la tensión y evitar problemas de estabilidad de tensión cuando los valores de tensión caen muy por debajo de lo permitido por las normas. El objetivo de esta tesis pretende solucionar este problema operativo, estableciendo secuencias de actuación de los diversos equipos que tienen la capacidad de control de tensión en barras, de forma que operen de manera coordinada. Para ello se utiliza la teoría de Lógica Difusa, el cual es un método emergente basado en reglas lingüísticas que pertenece al área de la Inteligencia Artificial. Para el desarrollo de este trabajo se utilizó el software de simulación DigSilent PowerFactory con el que se determina la matriz de sensibilidad y se realizan simulaciones de contingencias; también, se utiliza la plataforma computacional MATLAB para la aplicación del método de lógica difusa en el control secundario de tensión de un sistema eléctrico de potencia.

The operation of electrical power systems requires adequate voltage levels, which depend on the reactive power supply of the generation units, reactive power compensation equipment, use of transformers with variable taps, the consumption of the loads and the contributions or withdrawals of reactive power from transmission lines. This dependence means that the voltage in the bars of an electrical system does not remain constant in time and space. The latter, because normally the bars of the electrical system are distributed in large areas. The complexity of the systems and the requirement imposed by the loads to maintain the voltage profile within narrow limits make it necessary to implement automatic voltage controls. At the beginning of the era of automatic voltage control, power generation plants, through their automatic voltage regulators, solved the voltage control problem by controlling some nodes locally. However, currently local control is no longer sufficient, so it is necessary to coordinate the actions of the different teams to jointly control the voltage and avoid voltage stability problems when voltage values fall well below what is allowed by the regulations.

The objective of this thesis aims to solve this operational problem, establishing sequences of action of the various equipment that has the capacity to control tension in bars, so that they operate in a coordinated manner. For this, the theory of Fuzzy Logic is used, which is an emerging method based on linguistic rules that belongs to the area of Artificial Intelligence. To develop this work, the DigSilent PowerFactory simulation software was used to determine the sensitivity matrix and perform contingency simulations; Also, the MATLAB computing platform is used for the application of the fuzzy logic method in the secondary voltage control of an electrical power system.