Logo Studenta

Analisis de sistemas de potencia Resumen 125 - ArturoSelect

Vista previa del material en texto

PROBLEMAS 497
y s.. .~	< ■	5 -'; ' ■*- ‘	'	•
b) Las contribuciones a la corriente de falla desde la línea (D - (2) y desde la (3) - (2).
Suponga que las líneas ©-(2)y(3)/-(2)se conectan a la barra (2) directamente (no a través de los transformadores) y que son idénticas todas las reactancias de secuencia positiva y negativa.	/
12.1. Considere que la máquina 2, en el Sistema de la figura 12.9a), es un motor que toma una carga de 80 MVA a factor de potencia de 0.85 en atraso y a un voltaje nominal del sistema de 345 kV en la barra (3). Determine el cambio de voltaje en la barra (3) cuando la línea de trasmisión experimenta a) una falla de un conductor abierto y b) una falla de dos conductores abiertos en el espacio que hay entre las barras (2) y (3). Seleccione una base de 100 MVA, 345 kV en la línea de trasmisión. Consulte los ejemplos 12.1 y 12.2 para Z^, y Z^.
é
CAPÍTULO
13
OPERACIÓN ECONÓMICA DE SISTEMAS DE POTENCIA
*
La operación económica de un sistema de potencia es muy importante para recuperar y obtener beneficios del capital que se invierte. Las tarifas que fijan las instituciones reguladoras y la importancia de conservar el combustible presionan a las compañías generadoras a alcanzar la eficiencia máxima posible. La máxima eficiencia minimiza el costo del kilowatt- hora a los consumidores y también el costo que representa a la compañía el suministro de este kilowatt-hora ante el alza constante de precios de combustible, mano de obra, materia prima y mantenimiento.
La operación económica que involucra la generación de potencia y el suministro, se ; puede subdividir en dos partes: una, llamada despacho económico, que trata con el costo i mínimo de producción de potencia y otra, la del suministro con pérdidas mínimas de la I potencia generada a las cargas. Para cualquier condición de carga específica, el despacho I económico determina la salida de potencia de cada central generadora o planta (y de cada I unidad generadora dentro de una planta) que minimizará el costo total de combustible nece-	|
sario para alimentar la carga del sistema. Así, el despacho económico hace hincapié en la	I
coordinación de los costos de producción en todas las plantas generadoras que operan en el | sistema y se le da el mayor énfasis en este capítulo. El problema de las pérdidas mínimas puede tener muchas variantes dependiendo de cómo se controla el flujo de potencia en el | sistema. El problema del despacho económico, y también el de pérdidas mínimas, se pueden	1
resolver por medio del programa de flujo de potencia óptimo (FPO). El cálculo del FPO se	|
puede ver como una secuencia de los cálculos de flujos de potencia de Newton-Raphson ’ convencionales, en los que ciertos parámetros controlables se ajustan automáticamente para satisfacer las restricciones de la red, mientras se minimiza una función objetiva específica. En este capítulo, se considerará la aproximación clásica al despacho económico y se da al lector la referencia del pie de página para más detalles de la aproximación del FPO.1
13.1 DISTRIBUCIÓN DE CARGA ENTRE UNIDADES DENTRO DE UNA CENTRAL GENERADORA 499
Primero se estudiará la distribución más económica de la salida de una planta considerando los generadores o unidades dentro de ella. El método por desarrollarse también se aplica a la programación económica de las salidas de una planta para una cargabilidad dada del sistema sin considerarlas pérdidas de trasmisión. Después, se expresan las pérdidas de trasmisión como una función de las salidas de las diferentes plantas. Entonces, se determina la manera en oye la salida de cada una de las plantas del sistema se programa para alcanzar el mínimo costo de potencia que se entrega a la carga.
Se necesita un control coordinado de las salidas de potencia de las plantas porque la carga total del sistema de potencia varía a lo largo del día. De esta forma se asegura el balance generación-carga de manera que la frecuencia del sistema permanezca, tan próxima como sea posible, en el valor nominal de operación (generalmente de 50 o 60 Hz). Por consiguiente, el problema de control automático de generación (CAG) se desarrolla desde el punto de vista del estado estable. Debido a la diaria variación de la carga, la compañía también tiene que decidir, con base en la economía, qué generador hay que tener en operación, cuál hay que quitar del sistema y en qué orden. El procedimiento computacional para tomar tales decisiones, llamado demanda de la unidad, se desarrolla también a un nivel introductorio en este capítulo.
13.1 DISTRIBUCIÓN DE CARGA ENTRE UNIDADES DENTRO
DE UNA CENTRAL GENERADORA
A primera vista, se podría pensar que una solución al despacho económico consistiría en suministrar la potencia sólo desde la planta de más alta eficiencia a las cargas ligeras. En la medida en que la carga se incrementa, la potencia podría seguir siendo suministrada por la planta más eficiente hasta el punto en el que se alcanza la máxima eficiencia. Entonces, si se tiene un mayor incremento en la carga, la segunda planta con la mayor eficiencia empezaría a alimentar de potencia al sistema y no se necesitaría una tercera planta hasta que se alcanzara el punto de eficiencia máxima de la segunda. Sin embargo, aun cuando no se consideren las pérdidas por trasmisión, este método falla al minimizar los costos.
Para determinar la distribución económica de la carga entre las diferentes unidades generadoras (que consisten en una turbina, un generador y una fuente de vapor), se deben expresar los costos operacionales variables de la unidad en términos de la salida de potencia. El factor principal en las plantas de combustibles fósiles es el costo de combustible, y el costo del combustible nuclear puede también expresarse como una función de la salida. El análisis económico del costo de combustible se basa en el entendido de que otros costos (que son una función de la potencia de salida) se pueden incluir en la expresión para el costo de combustible. En la figura 13.1, se muestra una curva típica entrada-salida, que es una gráfica de la entrada de combustible en una planta de combustible fósil, dada en unidades térmicas británicas (Btu) por hora, en función de la potencia de salida de la unidad en megawatts. Las ordenadas de la gráfica se convierten a dólares por hora al multiplicar la entrada de combustible por el costo de combustible dado en dólares por millón de Btu.
1 H. W. Dommel y W. F. Tinney, “Optimal Power-Flow Solutions” (Soluciones al flujo de potencia óptima). IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-87, octubre 1986, págs. 1866-1876.
500 CAPÍTULO 13 OPERACIÓN ECONÓMICA DE SISTEMAS DE POTENCIA
Entrada de combustible, Btu/h
FIGURA 13.1
Curva entrada-salida para una unidad
generadora que muestra la entrada de combus-
tible en función de la potencia de salida.
Si se traza una línea desde el origen a cualquier punto en la curva entrada-salida, la pendiente se puede expresar en millones de Btu por hora divididos entre la salida en megawatts, o bien como la relación entre la entrada de combustible en Btu y la salida de energía en kilowatts-hora. Esta relación se llama proporción de calor y su recíproco es la eficiencia de combustible. De aquí que una baja proporción de calor implique una alta eficiencia de combustible. La máxima eficiencia de combustible ocurre donde la pendiente de la línea desde el origen hasta un punto de la curva es un mínimo, esto es, en el punto donde la línea es tangente a la curva. Para la unidad cuya curva de entrada-salida se muestra en la figura 13.1, la eficiencia máxima está a una salida de aproximadamente 280 MW, la cual requiere una entrada de 2.8 X 109 Btu/h. La proporción de calor es de 10 000 Btu/kWh, y como 1 kWh = 3 412 Btu, la eficiencia de combustible es de, aproximadamente, 34%. Por comparación, se tiene que cuando la salida de la unidad es de 100 MW, la proporción de calor es de 11 000 Btu/kWh y la eficiencia de combustible es de 31%.
Por supuesto, el requisito de combustible para una salida dada se convierte fácilmenteen dólares por megawatt-hora. Como se verá después, el criterio para la distribución de la carga entre cualesquiera dos unidades se basa en si al incrementar la carga en una unidad conforme ésta disminuye en la otra unidad en la misma cantidad se obtiene un incremento o un decremento en el costo total. Así, se considerará el costo incremental de combustible, el cual se determina por las pendientes de las curvas de entrada-salida de las dos unidades. Si se expresan las ordenadas de las curvas entrada-salida en dólares por hora y
= entrada a la unidad z, dólares por hora ($/h)
Pgi = salida de la unidad z, megawatts (MW)
el costo incremental de combustible de la unidad en dólares por megawatt-hora es dfJdP#, mientras que el costo promedio de combustible en las mismas unidades es JjlPgi- Por lo tanto, si la curva entrada-salida de la unidad i es cuadrática, se puede escribir

Otros materiales