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Autor: Pablo_Ledesma
Tema 4: Estabilidad Transitoria

Modelo dinámico del sistema eléctrico

En los programas de simulación de sistemas eléctricos para estudios de estabilidad transitoria, el esfuerzo de computación suele ser elevado. Para saber si los generadores síncronos de un sistema permanecen en sincronismo después de una perturbación, normalmente se simulan entre 10 y 30 segundos. Teniendo en cuenta que el tamaño de las redes de transporte simuladas asciende frecuentemente a varios miles de nudos, es natural que los modelos utilizados traten de preservar tan sólo aquellos fenómenos relevantes para la estabilidad del sistema, y que desprecien aquellos fenómenos cuyo efecto sobre la estabilidad es muy pequeño. En particular, despreciar fenómenos muy rápidos ayuda a reducir el esfuerzo de computación, puesto que permite emplear pasos de integración mayores.

Con el fin de reducir los tiempos de simulación y la ocupación de memoria, y dado que su influencia sobre la estabilidad del sistema es muy pequeña, los programas informáticos de simulación dinámica para estudios de estabilidad desprecian los transitorios electromagnéticos en las reactancias y capacidades de la red. Esto quiere decir que suponen que los transitorios en estos elementos ocurren infinitamente rápido, o dicho de otro modo, que las corrientes en las bobinas y las tensiones en los condensadores alcanzan inmediatamente su régimen permanente. De esta forma las variables eléctricas pueden representarse mediante fasores, de manera que, por ejemplo, la reactancia serie de una línea no impone la ecuación $ u = L \frac{di}{dt}$, sino la ecuación $ \mathcal{U} = \omega L \mathcal{I}$. Así se sustituye una ecuación diferencial con una constante de tiempo pequeña por una ecuación algebraica en números complejos, con el consiguiente ahorro de esfuerzo computacional. Una consecuencia de esta práctica es que la corriente en las bobinas y la tensión en los condensadores puede variar instantáneamente durante la simulación. En resumen, las siguientes afirmaciones respecto a los programas para estudios de estabilidad transitoria son equivalentes, aunque a primera vista parezcan distintas:

  • Desprecian los transitorios electromagnéticos en la red.
  • Sólo representan la componente fundamental de 50 Hz de las variables eléctricas.
  • Representan la red mediante fasores.

Existen por tanto dos grandes familias de programas informáticos para análisis dinámico de sistemas eléctricos. La primera la constituyen los programas orientados a la simulación de transitorios electromagnéticos que representan las ondas de tensión y corriente completas, por ejemplo los programas EMTP y PSCAD-EMTDC. La segunda familia la constituyen los programas orientados a la simulación de transitorios electromecánicos y estudios de estabilidad, por ejemplo el programa PSSE. Es posible realizar un estudio de estabilidad con un programa de transitorios electromagnéticos, pero las simulaciones duran más tiempo, y para sistemas medianamente grandes puede resultar impracticable. Algunos programas, como PowerFactory, permiten ambos tipos de simulaciones.

 

Pablo Ledesma 2012-01-01
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