Sistemas de regulacion primaria

Introducción (1/10)

La regulación primaria en los sistemas de generación de energía eléctrica a nivel global tiene como función particular corregir los desequilibrios instantáneos entre la generación y la carga; ésta debe ser aportada a los sistemas eléctricos de potencia mediante la variación de potencia de los generadores en forma inmediata y autónoma por la actuación de los reguladores de velocidad de las turbinas, como respuesta a los cambios de frecuencia del sistema.

En respuesta a los movimientos, en todo un sistema eléctrico de potencia, el control primario es el más rápido para actuar, que debe operar en un margen de tiempo entre 2 y 10 segundos.

La potencia de regulación, como respuesta a las variaciones del sistema, está asociada a las exigencias del operador macro del SEP, mediante el mecanismo de verificación de la prestación de la regulación primaria. Fundamentalmente, por cumplimiento de compromisos que se adoptan o las reglas de juego de cómo deben operarse los sistemas de generación de un área o región y poder así, entregar energía de calidad y operación sostenible de los sistemas eléctricos de potencia.

En la actualidad, dada la extensión geográfica alcanzada por los modernos sistemas eléctricos de potencia y la variedad de instituciones involucradas, se ha dividido las áreas para ofrecer mayor facilidad en la gestión técnica y económica que redunde en mejor estabilidad del mismo.

El generador sincrónico como componente regulador de potencia, es el elemento básico para ejercer control de frecuencia en un sep.

A continuación, un esquema básico de un generador sincrónico acoplado a una turbina que puede ser impulsada por vapor, agua, gases etc., donde la válvula de admisión, permite regular el flujo que mueve la turbina, permitiendo aporte de potencia mecánica, donde también se involucran las principales variables que participan en el control de frecuencia.

[pic 1]

Desarrollo (2/10)

REGULACIÓN PRIMARIA

Con el objeto de evitar las variaciones de frecuencia excesivas que resultarían si la adaptación de la generación a la carga se realizara únicamente por autorregulación del sistema, las turbinas están provistas con reguladores de velocidad automáticos que actúan sobre los órganos de admisión cuando la velocidad de la turbina se aparta de la velocidad de referencia del regulador. Al efecto descrito se le conoce como regulación primaria.

REGULADOR DE VELOCIDAD

La respuesta de los generadores a los cambios de carga esta determinada básicamente por el regulador de velocidad. Esquemáticamente, un regulador de velocidad estará compuesto por un sensor o sistema de medida (tacómetro, acelerómetro), que detecta las variaciones de velocidad y aceleración; un servomecanismo, capaz de transformar la señal del sistema de medida en la formidable acción de variar la admisión de la turbina; y los órganos de regulación (válvulas, alabes, deflectores, etcétera), que efectivamente realizan ese trabajo. A ellos debe agregarse normalmente un dispositivo de amortiguación, que aminore las oscilaciones del sistema.

CARACTERISTICAS DE LOS REGULADORES DE VELOCIDAD

EL REGULADOR ASTATICO O ISOCRONO

Es el tipo regulador de velocidad de contrapesos desarrollado originalmente por james watt, por la fuerza centrífuga sobre dos esferas girando síncronamente con el rotor de la turbina.

Este regulador logra su “Estado de equilibrio” después de una serie de oscilaciones, resultando su comportamiento sumamente inestable.

EL REGULADOR CON RETROALIMENTACION

Con objeto de mejorar el comportamiento dinamico del regulador estatico, fue agregada una retroalimentcion a este, en función del desplazamiento de la valvula de admisión de la turbina.

ESTATISMO

La curva que caracteriza el funcionamiento de la regulación primaria es aproximadamente una recta, a dicha curva se le conoce como curva de estatismo, de por ciento de regulación o de “speed droop”.

Desarrollo (3/10)

Se define el estatismo de un regulador de velocidad como el cambio de velocidad en RPM que se tiene al pasar de carga cero a 100% de carga, expresado en tanto por ciento de la velocidad nominal.

[pic 2]

donde:

R = Estatismo del regulador

No. = Velocidad angular con maquina en vacío

N = Velocidad angular a plena carga

NR = Velocidad angular nominal

PR = Potencia de plena carga nominal

[pic 3]

Desarrollo (4/10)

ENERGÍA REGULADORA

La energía reguladora es otra manera de definir la característica de un regulador de velocidad. Es la relación que existe entre la variación de la potencia generada por la unidad y la correspondiente variación de frecuencia asociada a ella (por efecto de la regulación primaria).

LIMITADOR DE CARGA

Como objeto de dar seguridad a la operación de las turbinas, los sistemas de gobierno cuentan con equipos denominados “limitadores de carga”, cuya función como su nombre lo señala, es la de evitar que la unidad incremente su potencia generada mas alla de un ajuste predeterminado.

El dispositivo debe ser utilizado como instrumento de seguridad y no como un medio para efectuar la operación de variaciones de carga.

El equipo limitador de carga no es un equipo sensible a las variaciones de velocidad, su característica de comportamiento puede ser representada como una recta paralela al eje de la frecuencia, para cualquier valor de potencia generada.

De lo anteriormente citado, pueden ser reconocidas tres distintas formas de operación de un turbogenerador, desde el punto de vista de su participación a la regulación de la frecuencia.

1. Unidad libre o suelta

En este caso, el ajuste del limitador de carga se halla por encima del ajuste del gobernador principal, resultando con esto una total participación de la unidad ante incrementos o decrementos de la frecuencia.

1. Unidad limitada

Los ajustes del limitador de carga y del gobernador principal se encuentran traslapados en el punto de operación de la unidad. En tal caso, la participación de esta máquina es únicamente en el sentido de disminuir generación ante un incremento de la frecuencia.

1. Unidad amarrada

Desarrollo (5/10)

El ajuste del limitador de carga se halla por abajo del ajuste del gobernador principal. De este modo, la potencia de la unidad se está controlando con el propio limitador de carga, por lo que la unidad es insensible a las variaciones de la frecuencia.

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