Experiencia 3 Sep

Experiencia 3: Compensacin de

Potencia Reactiva.

Laboratorio Sistemas elctricos de potencia.

Alumno: Sebastin Andrs Daz Glvez.

Nicols Sandoval.

Profesor: Flavio Serey Lizama.

Fecha de entrega: 27/05/2012

Experiencia 3 laboratorio de SEP: Compensacin de Potencia Reactiva.

2

INDICE

INTRODUCCION..PAG 3

OBJETIVOS..PAG 3

DESARROLLO.PAG 6

DESARROLLO DE PREGUNTAS PLANTEADASPAG 20

CONCLUSIN.PAG 21

ANEXOS.PAG 22


3

Introduccin

En el estudio de los SEP, existen distintos fenmenos no deseados que afectan el ptimo traslado

de flujos de potencia, uno de estos es la cada de tensin entre las lneas. Como analizamos en la

experiencia pasada, la cada de tensin entre las lneas pueden ser provocadas por distintas

causas, entre ellas se encuentra las variaciones de las cargas conectadas, los efectos producidos

por distintos tipos de falla, ya sea corto circuitos, cortes de fases, etc. Tambin, en el caso

contrario de la cada de tensin de las lneas, ocurre una sobre tensin en el extremo de una lnea,

el efecto ferranti.

Existen distintos modos de compensar estas cadas o sobretensiones, estn los mtodos de

inyeccin o absorcin de potencia reactiva, donde se pone nfasis en inyectar reactivos a la red

con el fin de equilibrar los reactivos propios de la red, que, como vimos anteriormente, eran los

causantes de las prdidas en las lneas y de la prdida de capacidad de transmisin. Adems,

podemos utilizar transformadores con taps, transformadores reguladores, dispositivos basados

en la electrnica de potencia, denominados FACTS por sus siglas en ingles. En nuestro caso, y lo

que vamos a tratar a lo largo de sta experiencia, es el uso de un condensador sncrono (maquina

sncrona que se sobrexcita lo que implica inyeccin de reactivos) y el uso de la compensacin en

serie mediante reactores capacitivos.

Objetivos a tratar.

Comprender los distintos tipos de compensacin de Potencia reactiva, trabajando en la

simulacin de DigSilent.

Objetivos especficos

Aprender los problemas que causa la potencia reactiva en los SEP.

Conocer las fuentes y sumideros de potencia reactiva.

Conocer los distintos mtodos de compensacin de potencia reactiva.

Aprender sobre nuevas tecnologas.


4

1. Desarrollo de la experiencia

2. simular en DIgSILENT el circuito de la figura 1. Bajo las siguientes condiciones de

operacin.

Red Externa

Tipo de Barra Voltaje [p.u.]

SL 1

CS 1

Tipo de Barra S nom [MVA] Voltaje [p.u.]

PV 150 1

Cargas

Carga Voltaje [KV] S [MVA] Cos

D 1 66 50 0,5

D 2 66 75 0,4

D 3 66 30 0,8

D 4 13,8 5 0,93

Transformador

Trafo S nom [MVA] Niveles de tensin Conexin

T 1 50 66/13,8 KV Yn-Yn

Lneas

Lnea R [Ohm/Km] X [Ohm/Km] Y [uSiemens/Km] Largo [Km]

1 0,124 0,125 62,83 20

2 0,153 0,128 59,69 10

3 0,0991 0,144 53,41 20

4 0,124 0,125 62,83 5

5 0,0991 0,144 53,41 15


5

Figura 1. Sistema a simular


6

DESARROLLO

Simule el SEP creado, sin CS 1

Se procedi a realizar la simulacin y se obtuvieron los siguientes datos:

Tipo de barra Kv pu angulo [deg] flujo de reactivos [MVAr]

barra 3 56,58 0,86 1,56 73,12

barra 5 55,99 0,85 1,14 6,75

barra 6 11,69 0,85 0,92 1,84

barra 4 55,82 0,85 1,09 18

barra 1 66 1 0 138,09

barra 2 56,87 0,86 1,46 125,57

Lnea P inicial [MW] P final [MW] Qinicial [MVAr] Qfinal [MVAr] P perdidas [MW] Q perdidas [MVAr] cada de tensin

1 101,49 84,34 138,09 125,57 17,15 12,52 13,83%

2 44,85 44,5 73,22 73,12 0,35 0,1 0,51%

3 14,48 14,28 9,05 12,15 0,2 -3,1 1,85%

4 9,72 9,74 5,85 4,89 -0,02 0,96 -0,30%

5 14,5 14,39 4,38 6,75 0,11 -2,37 1,04%

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

barra 3 barra 5 barra 6 barra 4 barra 2

Voltaje p.u.

Voltaje p.u.

-5,00%

0,00%

5,00%

10,00%

15,00%

1 2 3 4 5

Porcentaje de cada de tensin

Porcentaje de cadade tensin


7

Se observa claramente que por la lnea 1 hay una gran cada de tensin que no cumple la

norma, se debe instalar algn mtodo de compensacin de potencia reactiva.

Esta cada esta asociada mas que nada a que la red externa esta asociada a la barra 1 que

es Barra slack, lo que regula a toda la red.

Desconecte la carga L 5, simule con y sin CS 1

Con CS1

-5

0

5

10

15

20

lnea 1 lnea 2 lnea 3 lnea 4 lnea 5

Prdidas en las lneas

Prdidas Potenciaactiva [MW]

Prdidas potenciareactiva [MVAr]


8

Se observa claramente, que los niveles de tensin estn dentro de los valores aceptados

de regulacin de tensin. Al inyectar reactivos en paralelo, se ve un aumento de prdidas

de potencia reactiva en las lneas.


barra 3 66 1 -6,01 73,12

barra 5 64,11 0,97 -6,38 6,75

barra 6 13,39 0,97 -6,55 1,84

barra 4 64,17 0,97 -6,35 18

barra 1 66 1 0 138,09

barra 2 65,79 1 -5,67 125,57


lnea 1 93,43 84,93 81,46 84,57 8,5 -3,11 0,32%

lnea 2 30,75 30 142,69 143,06 0,75 -0,37 -0,32%

lnea 3 29,18 28,65 14,82 18,56 0,53 -3,74 2,46%

lnea 4 4,65 4,65 0,56 1,85 0 -1,29 0,09%

lnea 5 0 0 0 0 0 0 2,86%

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1


Voltaje p.u.

Voltaje p.u.

-505

101520


PrdidasPotenciaactiva [MW]

0,00%

2,00%

4,00%

1 2 3 4 5


Porcentajede cada detensin


9

Sin CS1

Al desconectar el condensador sncrono se observan los desequilibrios esperados entre los niveles

de tensin entre extremos de lneas, donde la mayor cada ocurre en la lnea 1 por la barra de

referencia.

Al desconectar la lnea aumenta el flujo de potencia reactiva que va hacia la red externa.

Las potencias se mantienen dentro de los mismos valores que si estuviera la lnea conectada, por

lo tanto podemos deducir que la prdida de una lnea no afecta mayormente la regulacin de

tensin.


barra 3 56,44 0,86 1,69 68,74

barra 5 54,66 0,83 0,64 1,86

barra 6 11,41 0,83 0,41 1,84

barra 4 54,72 0,83 0,68 18

barra 1 66 1 0 142,09

barra 2 56,68 0,86 1,57 128,76


lnea 1 102,6 84,67 142,09 128,76 17,93 13,33 14,12%

lnea 2 30,27 30 68,77 68,74 0,27 0,03 0,42%

lnea 3 30,27 28,65 16,69 18,93 1,62 -2,24 3,46%

lnea 4 4,65 4,65 0,93 1,86 0 -0,93 0,11%

lnea 5 0 0 0 0 0 0 3,15%

0,00%

5,00%

10,00%

15,00%

1 2 3 4 5



0

0,5

1

barra 3barra 5barra 6barra 4barra 2

Voltaje p.u.

Voltaje p.u.

-10

0

10

20



Prdidas Potencia activa[MW]

Prdidas potencia reactiva[MVAr]


10

Desconecte la carga D 1, simule con y sin CS 1

Con CS1


barra 3 66 1,00 -4,18

barra 5 65,41 0,99 -4,4

barra 6 13,66 0,99 -4,56

barra 4 65,25 0,99 -4,4

barra 1 66 1,00 0 60,75

barra 2 65,98 1,00 -3,98


lnea 1 63,29 59,09 60,75 59,71 4,2 1,04 0,03%

lnea 2 43,78 43,57 63,48 63,39 0,21 0,09 -0,03%

lnea 3 15,31 15,19 3,97 8,39 0,12 -4,42 1,11%

lnea 4 8,81 8,83 9,61 8,29 -0,02 1,32 -0,25%

lnea 5 13,57 13,48 6,82 10,15 0,09 -3,33 0,89%


11

Se aprecia los niveles de tensin regulados dentro de la norma.

Se observa un aumento de prdidas capacitivas en la lnea 3, por la desconexin de la carga en la

barra 4.

Sin CS1

-0,50%

0,00%

0,50%

1,00%

1,50%

1 2 3 4 5


Porcentaje decada detensin 0,00

0,50

1,00

1,50

barra3

barra5

barra6

barra4

barra2

Voltaje p.u.

Voltaje p.u.

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5



Prdidas Potencia activa [MW]



barra 3 60,01 0,91 -4,18 138,65

barra 5 59,46 0,90 -4,4 10,15

barra 6 12,42 0,90 -4,56 1,84

barra 4 59,31 0,90 -4,4 18

barra 1 66 1,00 0 82,96

barra 2 60,28 0,91 -3,98 59,09


lnea 1 65,91 59,25 82,96 81,27 6,66 1,69 8,67%

lnea 2 44,79 44,48 72,7 72,66 0,31 0,04 0,45%

lnea 3 14,46 14,29 8,57 12,13 0,17 -3,56 1,61%

lnea 4 9,71 9,74 5,87 4,78 -0,03 1,09 -0,25%

lnea 5 14,48 14,39 3,92 6,64 0,09 -2,72 0,92%


12

Al igual que en el caso de la lnea cada, se observa que al desconectar el condensador sncrono, se

desestabilizan los niveles de tensin en los extremos de la lnea.

Desconecte la carga D 4, simule con y sin CS 1

Con CS 1

La carga se caracteriza por ser una carga inferior a las dems presentes en el sistema. Su

desconexin no afecta relativamente los distintos valores medidos, adems se presenta el efecto

-5,00%

0,00%

5,00%

10,00%

1 2 3 4 5



0,89

0,90

0,90

0,91

0,91

0,92


Voltaje p.u.

Voltaje p.u.

-6

-4

-2

0

2

4

6

8






13

ferranti en la lnea 4 y lnea 2 (aumento de tensin).


barra 3 66 1,00 -4,18

barra 5 65,47 0,99 -4,4

barra 6 13,69 0,99 -4,56

barra 4 65,27 0,99 -4,4

barra 1 66 1,00 0 77,92

barra 2 65,85 1,00 -3,98


lnea 1 87,37 79,8 77,92 80,09 7,57 -2,17 0,23%

lnea 2 40,93 40,32 124,95 125,2 0,61 -0,25 -0,23%

lnea 3 13,87 13,77 1,57 6,02 0,1 -4,45 0,88%

lnea 4 10,23 10,26 11,98 10,67 -0,03 1,31 -0,31%

lnea 5 10,32 10,26 7,3 10,67 0,06 -3,37 0,80%

-0,50%

0,00%

0,50%

1,00%

1 2 3 4 5



0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20


Voltaje p.u.

Voltaje p.u.

-10

-5

0

5

10






14

Sin CS 1

Realice compensacin serie en ambos extremos de la lnea L 1, para esto pruebe valores

del rango de 0.1 y 1 S para cada capacitor serie


barra 3 56,95 0,86 -5,67

barra 5 56,48 0,86 -5,78

barra 6 11,81 0,86 -5,78

barra 4 56,28 0,85 -5,78

barra 1 66 1,00 0 134,76

barra 2 57,22 0,87 -5,35


lnea 1 95,55 79,59 134,76 123,47 15,96 11,29 13,30%

lnea 2 41,97 41,65 71,93 71,86 0,32 0,07 0,47%

lnea 3 12,61 12,46 8,23 11,44 0,15 -3,21 1,64%

lnea 4 11,54 11,58 6,56 5,59 -0,04 0,97 -0,36%

lnea 5 11,65 11,58 3,12 5,59 0,07 -2,47 0,83%

-5,00%

0,00%

5,00%

10,00%

15,00%

1 2 3 4 5


Porcentaje decada detensin

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00


Voltaje p.u.

Voltaje p.u.

-5

0

5

10

15

20






15

Compensacin serie suma S=1

Observamos que en la compensacin en serie hay una cantidad de perdidas considerable en la

lnea compensada, pero se ve que los niveles de tensin entre fases se ven dentro de los valores

permitidos.


barra 3 64,99 0,98 5,74

barra 5 64,5 0,98 5,42

barra 6 13,47 0,98 5,25

barra 4 64,35 0,98 5,38

barra 1 66 1,00 0 119,92

barra 2 65,24 0,99 5,67

terminal 2 61,52 0,93 3,27

terminal 3 69,4 1,05 2,42


lnea 1 96,76 84,15 119,92 112,61 12,61 7,31 1,15%

lnea 2 44,72 44,46 71,93 71,96 0,26 -0,03 0,38%

lnea 3 14,44 14,29 7,83 12,1 0,15 -4,27 1,36%

lnea 4 9,71 9,73 5,9 4,61 -0,02 1,29 -0,23%

lnea 5 14,38 14,38 3,23 6,46 0 -3,23 0,75%


16

-0,40%

-0,20%

0,00%

0,20%

0,40%

0,60%

0,80%

1,00%

1,20%

1,40%

1,60%

1 2 3 4 5



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00 Voltaje p.u.

Voltaje p.u.

-10

-5

0

5

10

15






17

Compensacin serie suma S=0,75

Al disminuirel valor de los condensadores, se observa un aumento de la regulacion de tension

entre extremos de la lnea 1, aunque todavia se encuentra dentro de los valores permitidos. Se ve

que todos los vboltajes aumentaron con respecto a los nominales, es el llamado efecto ferranti.


barra 3 67,2 1,02 6,98

barra 5 66,73 1,01 6,67

barra 6 13,94 1,01 6,51

barra 4 66,59 1,01 6,63

barra 1 66 1,00 0 109,43

barra 2 67,44 1,02 6,91

terminal 2 62,69 0,95 3,87

terminal 3 70,29 1,07 3,16


lnea 1 84,12 95,8 109,43 115,64 -11,68 -6,21 -2,18%

lnea 2 44,69 44,45 71,57 71,64 0,24 -0,07 0,36%

lnea 3 14,43 14,3 7,49 12,09 0,13 -4,6 1,26%

lnea 4 9,7 9,72 5,91 4,53 -0,02 1,38 -0,21%

lnea 5 14,45 14,37 2,9 6,38 0,08 -3,48 0,70%

-2,50%

-2,00%

-1,50%

-1,00%

-0,50%

0,00%

0,50%

1,00%

1,50%

1 2 3 4 5


Porcentaje decada detensin

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10Voltaje p.u.

Voltaje p.u.

-15

-10

-5

0

5






18


Seguir disminuyendo la suceptancia de los reactores implica el aumento de los voltajes en las

barras con respecto a las tensiones bases, adems la regulacion de tension en la lnea 1 aument

considerablemente, fuera de la norma


barra 3 71,09 1,08 9,31

barra 5 70,65 1,07 9,03

barra 6 14,76 1,07 8,89

barra 4 70,52 1,07 9

barra 1 66 1,00 0 108,48

barra 2 71,31 1,08 9,25

terminal 2 64,69 0,98 5,07

terminal 3 71,83 1,09 4,57


lnea 1 94,34 84,06 108,48 103,99 108,48 4,49 -8,05%

lnea 2 44,64 44,43 70,92 71,05 0,21 -0,13 0,31%

lnea 3 14,42 14,3 6,86 12,07 0,12 -5,21 1,11%

lnea 4 9,7 4,65 5,93 4,38 5,05 1,55 -0,18%

lnea 5 14,43 14,36 2,31 6,24 0,07 -3,93 0,62%

-10,00%

-5,00%

0,00%

5,00%

1 2 3 4 5


Porcentajede cada detensin 0,90

0,95

1,00

1,05

1,10Voltaje p.u.

Voltaje p.u.

-50

0

50

100

150






19


Seguir disminuyendo la suceptancia, y sihue aumentando las perdidas, los niveles de voltaje y la

regulacion de la lnea 1.

Esta configuracin no es aceptada.


barra 3 80,01 1,21 15,64

barra 5 79,65 1,21 15,41

barra 6 16,64 1,21 15,3

barra 4 79,53 1,21 15,38

barra 1 66 1,00 0 91,88

barra 2 80,2 1,22 15,6

terminal 2 68,95 1,04 8,62

terminal 3 75,19 1,14 8,51


lnea 1 83,96 91,76 91,88 93,2 108,48 -1,32 -21,52%

lnea 2 44,56 69,58 69,33 69,58 -25,02 -0,25 0,24%

lnea 3 14,4 14,31 5,31 12 0,09 -6,69 0,84%

lnea 4 9,69 9,7 6 4,02 -0,01 1,98 -0,15%

lnea 5 14,4 14,35 0,84 5,87 0,05 -5,03 0,45%

-30,00%

-20,00%

-10,00%

0,00%

10,00%

1 2 3 4 5


Porcentaje decada de tensin

0,95

1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

1,25

Voltaje p.u.

Voltaje p.u.

-100

0

100

200


PrdidasPotenciaactiva [MW]


20

Segn lo desarrollado en la experiencia, se responden las siguientes inquetudes:

En qu influye la potencia reactiva en las prdidas?

Al aumentar la potencia reactiva en la red, las perdidas activas disminuyen, esto ocurre

por que al inyectar reactivos a la red, disminuye el parmetro de suseptancia de las lneas, lo que

implica un aumento de la capacidad de transmisin de potencia activa y disminucin de perdidas.

Cul es la relacin de la potencia reactiva con los niveles de tensin en las cargas?

A mayor equilibrio de reactivos en la red, las tensiones en las cargas se acercarn a los valores

nominales de tensin en la misma, lo que asegura un ptimo consumo de potencia por las cargas.

En que afecta la compensacin en serie?

La compensacin en serie en general se utiliza en lneas muy largas debido a diversos problemas

que surgen con su uso. Por otra parte, tiene un efecto colateral muy peligroso; una lnea

compensada en serie mediante un banco de condensadores y alimentada desde una central

trmica (centrales difciles de regular), puede originar, en caso de perturbacin o variacin de la

frecuencia, resonancia subsncrona en el eje mecnico de algn generador de la central, que

puede ser sometido a esfuerzos tan elevados que terminen provocando su ruptura. Por esta razn

no es ptima su utilizacin en lneas del sep simulado.

En un sistema radial como afecta la potencia reactiva?

Afecta disminuyendo la capacidad de todo el sistema, aumentando las perdidas si el desequilibrio

aumenta, adems, aumentan las cadas de tensin con respecto a los extremos.

En un sistema enmallado como afecta la potencia reactiva?

Balancea los niveles de tensin entre distintas barras, se observ generalmente en esta

experiencia que los niveles de tensin cuando se inyectaba potencia reactiva, tendan a

balancearse dentro de un valor cercano al nominal.

Multas que se aplican por mal factor de potencia.

El factor de potencia representa la cantidad de energa activa que es demandada por los usuarios,

su valor vara entre 0 y 1, para obtenerlo, a travs de la factura de electricidad se debe utilizar la

siguiente expresin:

Dnde kVArh=Energa reactiva mensual.

kWh= Energa activa mensual.


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En nuestro pas, si el factor de potencia es meno a 0,93 ind o menor a 0,98 capacitivo, la compaa

distribuidora procede a cobrar un cargo por mal factor de potencia. Esto debido a que si todos

tuvieran un mal factor de potencia, los costos operacionales asociados a la transmisin y

transformacin de la energa aumentan.

La multa consiste en una recarga de un 1% por cada centsima fuera del rango, y se aplica al costo

de la suma del cargo fijo, la energa consumida y la demanda facturada.

Conclusin:

Se analiz la compensacin tanto en serie y paralelo, de lo cual podemos concluir que:

Compensacin en paralelo.

La compensacin en paralelo tiene la cualidad de ser aplicable sin intervenir el sistema, los

valores obtenidos mediante la compensacin, fueron ptimos los que puede ser una buena

alternativa para compensar reactivos, el problema radica en los costos de aplicar esta

compensacin, en nuestro caso fue el uso de un motor sncrono sobre excitado ( Condensador

Sncrono), el cual tiene que estar todo el tiempo funcionando, su nivel de potencia es alto, lo que

implica un gran costo de operacin, implementacin y mantencin.

Compensacin en serie.

Con la compensacin en serie se tiene que tener cuidado de no llevar el sistema a sincronismo, lo

que puede ser perjudicial para toda la red, adems esta es utilizada preferentemente en lneas de

gran longitud, ya que sta acta sobre las perdidas en la lnea, siendo que a mayor longitud se

tiene mayor cantidad de perdidas. Tambin son tiles para balancear los voltajes entre los

extremos de la lnea que se compensar la red.


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Anexos

Primera simulacin

0


23

Carga desconectada L5 con CS1


24


25

L5 Sin CS1


26


27

Carga d1 desconectada con Cs1


28

.

Carga desconectadaD1, sin cs1


29


30

Sin carga D4 con cs 1


31


32


33

Carga d4 desconectada sin CS1


34

Compensacin serie suma 1s


35


36

Compensacin CS1 desconectado y suma .75


37


38

Suma 0.5


39


40

Suma 0.25


41

4.1 Realice lo siguiente en la simulacin anterior:


42

Simule el SEP creado, sin CS 1 +

Desconecte la carga L 5, simule con y sin CS 1+

Desconecte la carga D 1, simule con y sin CS 1+

Desconecte la carga D 4, simule con y sin CS 1+

Realice compensacin serie en ambos extremos de la lnea L 1, para esto pruebe valores

del rango de 0.1 y 1 S para cada capacitor serie

Analice niveles de perdidas, niveles de voltajes en barra y reactivos en red externa y CS1

en cada caso

5 Informe

En el informe desarrolle lo siguiente:

Tabule y describa lo desarrollado en la experiencia

Grafique tensiones en cada caso

En que influye la potencia reactiva en las perdidas?

Cul es la relacin de la potencia reactiva con los niveles de tensin en las cargas?

En que afecta la compensacin serie?

En un sistema radial como afecta la potencia reactiva?

En un sistema enmallado como afecta la potencia reactiva?

Investigue sobre las multas que se aplican por mal factor de potencia.

Concluya


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Redes

Experiencia 3 Sep

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