CESI Informe RETE Trasmissione & Distribuzione Aprobado A5011877 Pagina 1/22 Cliente COES - SINAC Perú Asunto REGULACIÓN PRIMARIA DE LA FRECUENCIA EN EL SEIN Selección y Determinación de un Orden de Mérito de las Unidades de Generación con Referencia a la Regulación Primaria de la Frecuencia del Sistema Pedido Contrato N° 011-2004 - COES-SINAC Pruebas Dinámicas para la Regulación de frecuencia de las Unidades de Generación del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional Notas Revisión 0.0 Mod. RAPP v. 01 La reproducción parcial de este documento se permite sólo con el permiso escrito del CESI. N. de paginas 22 Fecha 31 Marzo 2005 Elaborado B.U. RETE & TD - SC V. Lotto, F. Vago; P. Calabrese, G. Tagliabue Verificado B.U. RETE & TD - SC V. Prandoni Aprobado B.U. RETE & TD A. Ardito CESI Centro Elettrotecnico Sperimentale Italiano Giacinto Motta SpA N. de paginas fuera del texto Via R. Rubattino 54 20134 Milano - Italia Telefono +39 022125.1 Fax +39 0221255440 www.cesi.it Capitale sociale 8 550 000 Euro interamente versato Codice fiscale e numero iscrizione CCIAA 00793580150 Registro Imprese di Milano Sezione Ordinaria N. R.E.A. 429222 P.I. IT00793580150 CESI Informe RETE Trasmissione & Distribuzione Aprobado A5011877 Pagina 2/22 SUMARIO 1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 4 1.1 2 PLANTAS Y UNIDADES INVOLUCRADAS EN LA ACTIVIDAD ................................................................ 4 LA REGULACIÓN PRIMARIA DE FRECUENCIA DE UNA RED ELECTRICA............................... 5 2.1 INFORMACIÓN GENERAL .............................................................................................................. 5 3 DATOS MÁS IMPORTANTES DE LAS UNIDADES SOMETIDAS A LAS PRUEBAS ................... 8 4 LISTA DE MÉRITOS DE LAS UNIDADES ...................................................................................... 10 4.1 INDICACIONES PARA LAS PLANTAS .............................................................................................. 12 4.2 COORDINACIÓN DE LOS ESTATISMO Y LA RESERVA ROTANTE. ..................................................... 12 5 COMPORTAMIENTO DE LA RED NORTE AISLADA ................................................................... 13 6 ANEXO ............................................................................................................................................. 14 7 NOTAS ............................................................................................................................................. 19 7.1 7.1.1 7.2 OBSERVACIONES AL ESTUDIO DE ETEVENSA ............................................................................ 19 Planta TG Ventanilla ........................................................................................................... 19 OBSERVACIONES AL ESTUDIO DE ENERSUR ............................................................................. 21 7.2.1 Planta TV ILO 2 .................................................................................................................. 21 7.2.2 Planta TV ILO 1 .................................................................................................................. 22 © Copyright 2005 by CESI. All rights reserved - Activity code 20210V CESI Informe RETE Trasmissione & Distribuzione Aprobado HISTORIA DE LAS REVISIONES Número de Fecha la revisión 0.0 31/03/2005 Protocolo Lista de los modificaciones A5011877 Primera edición Page Break A5011877 Pagina 3/22 CESI Informe 1. RETE Trasmissione & Distribuzione Aprobado A5011877 Pagina 4/22 INTRODUCCIÓN En el periodo comprendido entre el 15 de noviembre de 2004 y el 30 de enero de 2005 CESI , por encargo de COES, realizó una serie de pruebas a las principales unidades de generación eléctrica del SEIN, para determinar sus características dinámicas asociadas a la regulación de frecuencia. De acuerdo a los resultados de las pruebas y de la información reunida, CESI ha elaborado una lista de méritos de las unidades que cumplan con los requisitos técnicos para efectuar la Regulación Primaria de Frecuencia (RPF) del SEIN y las indicaciones para eventuales modificaciones básicas que permitan mejorar la coordinación de los estatismo y criterios para la distribución de la participación de las unidades de generación en la reserva rotante del SEIN. También se han efectuado mediciones para caracterizar el comportamiento de la frecuencia en el Área Operativa Norte, aislada del SEIN debido a la salida de servicio de la línea de 220 kV ChimboteParamonga (L-2215), y los resultados han permitidos de proponer recomendaciones de los cambios básicos en la asignación de la reserva rotante y estatismo permanente en las centrales de la zona, para mejorar la regulación de frecuencia En este informe se resumen todas las informaciones, los datos y los criterios usados para proporcionar una exacta definición 1.1 Plantas y Unidades Involucradas en la Actividad Se han realizado las pruebas dinámicas a las siguientes unidades de generación del SEIN : PLANTA N° de Unidades en Prueba Periodo de Prueba Archivos resultados obtenidos C.H. Huinco 4 unidades de 16/11 hasta 22/11 - 2004 Huinco_informe_final.pdf C.H. Matucana 2 unidades de 23/11 hasta 26/11 - 2004 Matucana_informe_final.pdf C.T. ILO 2 1 unidad de 29/11 hasta 04/12 – 2004 Ilo2_informe_final.pdf C.H. Malpaso 4 unidades de 16/11 hasta 21/11 – 2004 Malpaso_informe_final.pdf C.H. Chimay 2 unidades de 22/11 hasta 27/11 – 2004 Chimay_informe_final.pdf C.H. Charcani V 3 unidades de 29/11 hasta 04/12 – 2004 CharcaniV_informe_final.pdf C.T. Ilo1 4 unidades de 14/01 hasta 19/01 - 2005 Ilo1_informe_final.pdf C.H. San Gaban II 2 unidades de 23/01 hasta 26/01 – 2005 SanGaban_informe_final.pdf C.T. Ventanilla 2 unidades de 29/01 hasta 31/01 – 2005 Vantanilla_informe_final.pdf C.T. Malacas 1 unidades de 13/01 hasta 15/01 – 2005 Malacas_informe_final.pdf C.T. Aguaytia 2 unidades de 18/01 hasta 20/01 – 2005 Aguaytia_informe_final.pdf C.H. Mantaro 7 unidades de 25/01 hasta 28/01 - 2005 Mantaro_informe_final.pdf 14/01/2005 RedNorte_informe_final.pdf Red NORTE aislada CESI Informe 2 2.1 LA REGULACIÓN ELECTRICA RETE Trasmissione & Distribuzione PRIMARIA DE Aprobado FRECUENCIA DE A5011877 Pagina 5/22 UNA RED Información General En un sistema a varios grupos en función en el sincronismo, la conexión entre ellos está, como él es conocido, de tipo elástico, es decir que puede ser presente una oscilación amortiguada o no ( de potencia/frecuencia/tensión ), con frecuencias inclusivas entre 1 y 2 Hz. Desde la banda de frecuencia que interesa los problemas de regulación de la frecuencia de la red es inferior (0.3–0.7 rad/s). Para las evaluaciones de los problemas de la regulación primaria de frecuencia es usual y conveniente considerar una unión rígida entre los generadores, y en consecuencia admitir que el valor de la frecuencia en todos los puntos de la red debe ser la misma instante por instante. Adoptando un sistema de este tipo, con los pasajes matemáticos oportunos, mostrados en el Anexo que sigue, se puede decir que: En presencia de una perturbación a escalón todos los grupos de la red compiten para enfrentar tal perturbación, inicialmente a través de un escalón de potencia que es más pequeña como mayor es la dimensión de la red Consideraciones : de aquí la importancia de las interconexiones gracias a que todos los grupos de la red , también los distantes, contribuyen para enfrentar la perturbación con la energía cinética contenida en la inercia. Las variaciones de cargas son escalones y aparecen sin retraso, en los límites en que es válida la hipótesis del sistema rígido. Consideraciones : no obstante que en la realidad, para una red grande, los retrasos con que las variaciones de potencia también aparecen en los grupos distantes de la perturbación normalmente son bastante más pequeños comparados con la dinámica típica de la regulación de frecuencia. Las perturbaciones relativas de los grupos en la parte inicial del transitorio son proporcionales a las inercias relativas. En la fase siguiente del transitorio inmediatamente se hace sentir la acción de los reguladores de velocidad. Consideraciones :es importante que los grupos tengan un valor elevado de inercia y que la dinámica del sistema de regulación de velocidad sea la mayor posible A un transitorio completó, permanece un error de frecuencia, consiguiente a una perturbación de Pc, que es más pequeño como grande es la energía regulante de todo el sistema interconectado. Consideraciones :es importante que todos los grupos conectados den una contribución conveniente a la regulación y que los estatismos que definen la entidad relativa de la participación a régimen de los grupos , sean pequeños para los grupos más importantes Para las perturbaciones pequeñas, puede pasar que, la variación de frecuencia tiene un valor debajo de uno “el umbral de insensibilidad.” La tal insensibilidad puede ser causada por el desgaste ( juegos ) en la parte mecánica. En algunos reguladores existe la posibilidad de introducir un umbral ajustable deliberadamente (zona muerta). , para que el grupo quede insensible a las fluctuaciones de amplitud pequeña de la frecuencia. Consideraciones : es importante que el sistema no tenga insensibilidad y zona muerta, porque en este caso los grupos están insensibles a las fluctuaciones de amplitud pequeña y normal de la frecuencia reduciendo la calidad del servicio. En un sistema interconectado, los valores de las insensibilidades admisibles, deben ser objeto de acuerdos entre el “los actores” de la interconexión. En el pasaje de la condición inicial a las condición de régimen, en función de la regulación primaria de frecuencia, la división de la perturbación entre los grupos es determinado por la respuesta dinámica de los sistemas de regulación. CESI Informe RETE Trasmissione & Distribuzione A5011877 Pagina 6/22 Aprobado Consideraciones : si la respuesta de algunos sistemas es más lenta que otros, la contribución de la demanda a los grupos con los reguladores más rápidos son transitoriamente más importantes. Siguiendo una perturbación de la carga, la división de la potencia entre las varias áreas de la red puede ser diferente, y por consiguiente pueden variar las potencias de intercambio entre las áreas interconectadas, ambos en la fase transitoria y de régimen. Consideraciones : en este caso, con tiempos más lentos de la regulación primaria de frecuencia debe intervenir la regulación “secundaria” para traer la frecuencia al valor nominal y el valor de la potencia de intercambio a los valores programados. La contribución a la regulación primaria de frecuencia es diferente según la tipología de planta. Como ya describió, los aspectos más importantes por considerar, que derivan los criterios principales para la definición de una lista de mérito de las plantas, son: 1. La rapidez de respuesta de los sistemas de control 2. La potencia disponible para la regulación de frecuencia 3. La ausencia de insensibilidad y/o banda muerta. Con referencia al primer punto se observa, que: Las plantas hidráulicas tienen una dinámica limitada en el régimen lineal (debido a la constante de tiempo del estatismo que es más grande cuánto más pequeño es el valor del estatismo) que para las variaciones grandes (particularmente para las turbinas Pelton dónde el tiempo de maniobra de los inyectores es bastante largo) Las plantas térmicas que trabajan en modo coordinado son más rápidas Las plantas turbogas son mucho más rápidas , por que la turbina no introduce grandes retrasos. Para hacer evidente estas observaciones, se traen los transitorios simulado de las plantas citadas sobre simulando una función de trasferencia típica y el mismo valor de estatismo permanente (5 % ) en respuesta a un escalón de frecuencia del 1 %. 0,20 Pe(pu) 0,18 0,15 C.TG. 0,13 0,10 C.T. 0,08 0,05 C.H. 0,03 0,00 0,0 0,20 10,0 20,0 30,0 40,0 sec 50,0 200,0 300,0 400,0 sec 500,0 Pe(pu) 0,18 0,15 C.TG. 0,13 0,10 C.T. 0,08 C.H. 0,05 0,03 0,00 0,0 100,0 CESI Informe RETE Trasmissione & Distribuzione Aprobado A5011877 Pagina 7/22 Con referencia al segundo punto se observa, que: La planta hidráulica no tiene limitaciones de ningún tipo porque normalmente puede operar sin problemas en el rango 0-100%; se puede encontrar problemas en algunas turbinas Francis y Kaplan, dónde para los fenómenos de cavitación no es posible operar debajo de un valor prefijado definido como el mínimo técnico. La planta térmica, para los problemas de limitación normalmente debidos al control de la caldera no admite variaciones rápidas superiores al 5-10% de la potencia nominal. Es posible obtener una participación mayor en las plantas que tengan una reserva de energía en el colector. Teóricamente la planta turbogas no tiene ninguna limitación Teniendo en cuenta las consideraciones efectuadas se puede concluir que técnicamente las plantas hidráulicas son las más apropiadas para la regulación de la frecuencia porque no teniendo problemas relacionado a la fuente primaria de energía, permiten variaciones de carga suficientemente rápidas en un rango muy ancho. Lo mismo se puede afirmar para las turbinas de Gas, aún cuando por razones de rendimiento, y por consiguiente de costos, normalmente estas plantas se manejan a valor máximo de potencia producida y por consiguiente sin demasiada reserva de energía regulante. Menos apropiadas para la regulación son las plantas térmicas, que introducen una buena dinámica pero un rango de variación rápida de la carga limitadas por los problemas de control de la caldera. Está claro que las diferencias técnicas entre este tipo de plantas, en frente de los problemas de la regulación primaria de frecuencia, se pueden reducir mucho; considerando que más energía regulante está presente en la red mas contenidas serán las variaciones de frecuencia y por consiguiente las variaciones de potencia producida para las plantas, para asegurar una buena calidad del servicio. CESI Informe 3 Aprobado DATOS MÁS IMPORTANTES DE LAS UNIDADES SOMETIDAS A LAS PRUEBAS PLANTA Unidad y (MW) Gr1 x 55 Gr2 x 55 Gr1 x 65 Gr3 x 65 C.H. Huinco Gr4 x 65 Gr2 x 65 Gr1 x 114 Gr2 x 114 Gr3 x 114 C.H. Gr4 x 114 Mantaro Gr5 x 114 Gr6 x 114 Gr7 x 114 Gr1 x 60 C.H. Matucana Gr2 x 60 Gr1 x 51 C.H. Gr2 x 51 Charcani V Gr3 x 51 Gr1 x 71 C.H. Chimay Gr2 x 71 Gr1 x 13 Gr2 x 13 Gr3 x 13 C.H. Malpaso Gr4 x 13 C.H. San Gaban II C.T. Ilo1 RETE Trasmissione & Distribuzione A5011877 Pagina 8/22 TV1x25 TV2x25 TV3x66 TV4x66 Pe total (MW ) Tipo planta Tipo control Ta (s) 110 Hidráulica Pelton Digital 7.5 260 Hidráulica Pelton Electro hidráulico 6.8 Digital 798 Hidráulica Pelton Digital 9 120 Hidráulica Pelton Electro hidráulico 8 153 Hidráulica Pelton Electro hidráulico 6.8 142 Hidráulica Francis Digital 7.4 52 Hidráulica Francis Mecánico 7 bp Banda Insensi experim. muerta bilidad (%) (mHz) (mHz) 5,8 5,95 0,72 1 1.25 1.54 9 1,2 1,7 5 4 3 X 3 2 X 0 0 182 10.5 Digital 10.5 Térmica 4.5 7.4 5.7 5 < 50 < 50 ±200 0 X 0 < 50 0 < 50 X > 200 0 2 Mecánico Notas < 50 < 50 > 200 < 50 0 < 50 No ha sido posible evaluar la insensibilidad porque el tiempo de muestra de 5 s es demasiado grande para observar variaciones de frecuencia y de potencia pequeñas No ha sido posible evaluar estatismo y banda muerta el grupo 3 no responde en modo regular a las variaciones de frecuencia de la red, probablemente por la presencia de una insensibilidad muy elevada CESI Informe PLANTA RETE Trasmissione & Distribuzione Unidad y (MW) C.T. ILO 2 1 x 135 C.T. Malacas Pe total (MW ) Tipo planta Tipo control Ta (s) A5011877 Pagina 9/22 Aprobado bp Banda Insensi experim. muerta bilidad (%) (mHz) (mHz) 15.5 135 Térmica a carbón Digital 1 x 96 96 Turbogas simple C.T. Aguaytia 2 x 96 192 C.T. Ventanilla 2 x 150 300 10.2 (con 2 pulverizador es ) 0 < 50 Digital 11.7 X ±500 X Turbogas simple Digital 11.7 X ±1000 X Turbogas simple Digital X X ±500 X Notas El grupo tiene un rango de potencia por participar a la regulación de frecuencia igual a ±5,8 MW (±0.31 Hz) Para la no disponibilidad de la planta no ha sido posible efectuar una evaluación experimental de las características dinámicas. Para la no disponibilidad de la planta no ha sido posible efectuar una evaluación experimental de las características dinámicas. Para la no disponibilidad de la planta no ha sido posible efectuar una evaluación experimental de las características dinámicas. CESI Informe 4 RETE Trasmissione & Distribuzione Aprobado A5011877 Pagina 10/22 LISTA DE MÉRITOS DE LAS UNIDADES La siguiente es la Lista de Mérito de las Unidades de Producción más importantes del SEIN sometidas a las Pruebas y ha sido formulada en base a las consideraciones y criterios expuestos sobre los problemas de la Regulación Primaria de Frecuencia Orden de Merito 1 2 3 4 5 PLANTA Observaciones Comportamiento satisfactorio de los reguladores de velocidad de los grupos 1-3-4 en respecto a la regulación primaria de frecuencia. De las pruebas se obtiene un valor del estatismo permanente correspondiente al valor de ajuste y una insensibilidad inferior a 50 mHz. C.H. Para el grupo 2 se encuentra una banda muerta con un valor de ajuste de ± 200 mHz que Huinco limita fuertemente la contribución de este grupo a la regulación primaria de frecuencia. Sin embargo, se precisa para que no exista ningún problema se debe poner el valor de ajuste de la banda muerta del grupo 2 a cero. En este caso el grupo tiene un comportamiento igual a los otros tres como demuestran los resultados obtenido en las pruebas. Comportamiento satisfactorio de los reguladores de velocidad de los grupos con respecto a la regulación primaria de frecuencia. De las pruebas se obtiene un valor del estatismo C.H. San permanente correspondiente al valor de ajuste y una insensibilidad inferior a 50 mHz. Gaban II Es posible reducir, sin problema, el valor de estatismo permanente si esto es necesario por exigencia de la red. Comportamiento satisfactorio de los reguladores de velocidad de los grupos con respecto a la regulación primaria de frecuencia. De las pruebas se obtiene un valor del estatismo C.H. permanente correspondiente al valor de ajuste y una insensibilidad inferior a 50 mHz. Mantaro Es posible reducir, sin problema, el valor de estatismo permanente si esto es necesario por exigencia de la red. Comportamiento satisfactorio de los reguladores de velocidad de los grupos con respecto a la C.H. regulación primaria de frecuencia. De las pruebas se obtiene un valor del estatismo Matucana permanente correspondiente al valor de ajuste y una insensibilidad inferior a 50 mHz. C.H. Comportamiento satisfactorio de los reguladores de velocidad de los grupos en respecto a la Charcani regulación primaria de frecuencia. La insensibilidad resulta inferior a 50 mHz. V 6 C.T. Ilo1 7 C.T. Ilo2 La planta desarrolla un servicio suficientemente adecuado a la regulación primaria de frecuencia. El comportamiento dinámico de la TV4 es diferente de la TV3; esto se debe a una diferente versión del software. Se puede solucionar poniendo a la TV4 el software de la TV3 . Las pruebas han mostrado que el control de la caldera marcha bien sin problemas en la regulación de frecuencia primaria de la red; las variaciones medianamente presentes pueden ser compensados por el colector de vapor porque el colector es una reserva de energía muy elevada Los resultados conseguidos muestran una conducta en cuanto bastante del sistema de control de la frecuencia comparado con la exigencia de la regulación primaria. Tal juicio se debe al valor elevado de el estatismo y el tipo de contribución que, a consecuencia del esquema particular de control adoptado, resulta de tipo transitorio. La insensibilidad medida es inferior a 50 mHz. Como es mostrado por las pruebas, el comportamiento del grupo puede ser mejorado entrenando el canal de frequency-bias presente en el software del sistema. La contribución a la regulación primaria con el frequency-bias resulta sin embargo limitado en el campo de funcionamiento con 2 pulverizadores. Las pruebas han mostrado que el control de la caldera marcha bien sin problemas en la regulación de frecuencia primaria de la red en frente a las variaciones actual de frecuencia. La acción de la regulación de la frecuencia debe ser claramente limitada como una contribución máxima de variación de potencia con el propósito no arriesgar la regulación automática de la caldera. De las pruebas con el canal de frequency-bias activado se obtiene que la planta puede funcionar sin problemas con un valor del estatismo permanente del 5 % (correspondiente al valor de ajuste) CESI Informe Orden de Merito 8 9 10 RETE Trasmissione & Distribuzione PLANTA Aprobado A5011877 Pagina 11/22 Observaciones Los resultados muestran un comportamiento no satisfactorio de los reguladores de velocidad de los grupos en respecto a la regulación primaria de frecuencia. De las pruebas se obtiene que, principalmente por la presencia de un valor elevado de ajuste de la banda muerta, superior a las variaciones normales de la frecuencia de la red los grupos de las Plantas no contribuyen a la regulación primaria de frecuencia. De un punto de vista teórico no existen problemas para reducir el valor de la banda muerta a C.T. cero e introducir un valor de estatismo que puede ser de 4-5%; aceptando un rango limitado Ventanilla de potencia disponible a la regulación. En esto caso, la plantas pueden mejorar el orden de mérito y ponerse después de las plantas hidráulicas. Los resultados conseguidos muestran una conducta no buena del sistema de control de la frecuencia. En ambos grupos se detecta un valor de estatismo infinito por la presencia de una elevada insensibilidad (mayor de 200 mHz) que es muy probablemente identificable con una C.H. banda muerta del sistema de control. Pero, no habiendo sido posible efectuar pruebas de Chimay respuesta en frecuencia y al escalón de referencia, la identificación de esta banda muerta no ha sido comprobada de forma experimental. En esta condición la planta no participa a la regulación primaria de frecuencia Los resultados conseguidos muestran un comportamiento satisfactorio de los reguladores de velocidad de los grupos Gr2, Gr2 y Gr4 en respecto a la regulación primaria de frecuencia. Para el grupo Gr3 se encuentra una larga insensibilidad que limita fuertemente la C.H. Malpaso contribución de esta máquina a la regulación primaria de frecuencia. De todos modo, teniendo en cuenta el bajo valor de potencia rotante el orden de mérito es muy bajo y no se justifica una sustitución de los reguladores mecánicos C.T. Malacas C.T. Aguaytia La clasificación compilada se funda en la subdivisión de las plantas en función de su tipología. Como ya especificó, teniendo en cuenta todos los aspectos funcionales, los mejores plantas fijadas a la regulación primaria de frecuencia son las plantas hidroeléctricas. Porque, con la excepción de Chimay y Malpaso , ha sido verificada experimentalmente una buena funcionalidad, su clasificación en la lista de mérito puede definirse principalmente en función de sus potencia rotante y de posibles problemas de naturaleza económica. Las plantas con turbogas siguen en el orden aún cuando no ha sido posible verificar sus funcionalidad experimentalmente. Pero teniendo en cuenta que normalmente plantas de la misma tipología se usan normalmente para el servicio de regulación primaria de frecuencia, no se tienen elementos técnicos que muestran la imposibilidad de desarrollar tal servicio. En ultima posición están las plantas de vapor en consecuencia de la necesidad de limitar el rango de variación de la potencia disponible para la regulación; esto es un aspecto importante porque en fenómenos de saturación (como el logro de los límites de potencia) constituyen de hecho una reducción de la potencia regulante del sistema. Esta limitación puede ser muy critica en particular en frente de variaciones de frecuencia muy anchas. CESI Informe 4.1 RETE Trasmissione & Distribuzione Aprobado A5011877 Pagina 12/22 Indicaciones para las Plantas PLANTA C.H. Huinco C.H. San Gaban II C.H. Mantaro C.H. Matucana Indicaciones Con referencia al regulador EM58 se puede pensar a una substitución en vista de una modernización de la automatización de las plantas también considerando la posibilidad de la introducción de una forma de regulación secundaria de frecuencia. Por el grupo número 2 se recomienda poner a cero el valor de ajuste de la banda muerta Con referencia al problema de las oscilaciones electromecánicas, se recomienda de operar las unidades en anillo de apertura La planta, con referencia a los datos que fue posible lograr, tiene un valor de estatismo permanente bastante elevado. Claramente este valor puede ser reducido sin problema; se recomienda de utilizar los grupos sin limitación de carga. Con referencia al regulador EM58 se puede pensar a una substitución en vista de una modernización de la automatización de las plantas también considerando la posibilidad de la introducción de una forma de regulación secundaria de frecuencia C.H. La planta no tiene algún problema. El desempeño en la regulación de frecuencia es bueno. Charcani V C.H. Chimay C.T. Malacas C.T. Aguaytia C.T. Ventanilla C.T. Ilo1 C.T. Ilo2 C.H. Malpaso 4.2 En ambos grupos se detecta un valor de estatismo infinito por la presencia de una elevada insensibilidad (mayor a 200 mHz) que probablemente es identificable con una banda muerta del sistema de control. Pero no ha sido posible efectuar las pruebas especificas sobre el sistema de control, se necesita investigar sobre este asunto y evaluar un cambio de los valores de los parámetros de control. Permaneciendo este tipo de desempeño, los grupos de Chimay no pueden suministrar alguna contribución a la regulación primaria de la red. Las plantas en la practica no desarrollan el servicio de regulación primaria de frecuencia, por la presencia de una banda muerta con un valor de ajuste demasiado grande. Sin embargo, cuando la frecuencia de la red es mas ancha del valor de tal banda, este plantas , a demostración que no tiene algún problemas, regulan variaciones de potencia que también puede ser muy anchas. Por consiguiente debería ser posible poner a cero el valor de la banda muerta y contribuir, con variaciones de potencia que están mas contenidas, a la regulación de la frecuencia de la red para mejorar notablemente la calidad del servicio. Para los grupos con reguladores mecánicos se consulta la substitución con una reflexión de esta oportunidad teniendo en cuenta el bajo valor de energía regulante de los grupos. El comportamiento dinámico del TV4 es diferente del TV3; esto se debe a diferentes versión de software. Se puede solucionar poniendo a la TV4 el software de la TV3 Para mejorar la contribución a la regulación se recomienda introducir el dispositivo de Frequency Bias; sin embargo este dispositivo se debe desconectar cuando la unidad trabaja debajo de los 70 MW. Con referencia a los reguladores mecánicos se recomienda la substitución con una reflexión de esta oportunidad teniendo en cuenta el bajo valor de energía regulante de los grupos. Coordinación de los Estatismo y la Reserva Rotante. El principio básico para una acción correcta de regulación primaria de frecuencia es la participación masiva de las plantas con el propósito de aumentar lo más posible la potencia rotante del sistema. Esto simplifica mucho los problemas de coordinación del valor de estatismo y hace más segura la contribución de la reserva rotante, en particular para hacer frente a situaciones de emergencia que en el caso de perturbaciones grandes de carga en la red podrían traer el derrumbamiento de la misma. Además, frente a las mismas perturbaciones en la red, las variaciones de potencia para cada planta están reducidas con aumentar del número de grupos que participen en la regulación de frecuencia. La presencia de un número limitado de grupos reguladores, fuerza a los mismos a operar con una reserva rotante ancha y con valores muy pequeños de estatismo permanente, no sólo castigando la dirección económica de la planta sino con la respuesta dinámica de los sistemas de control con los riesgos grandes de saturación de la energía regulante y la posibilidad consecuente de un black-out de la red . CESI Informe RETE Trasmissione & Distribuzione Aprobado A5011877 Pagina 13/22 En un sistema que puede tener un valor de potencia rotante ancha como es el caso del SEIN, y donde se contienen las variaciones de frecuencia medianamente en un rango de ± 200 mHz, se puede pensar que en todas las plantas hidroeléctricas sometidas a las pruebas, adopten un valor de estatismo igual para todas las unidades en el orden del 4%. Para las plantas térmicas y turbogas se puede pensar en un valor de estatismo ligeramente más elevado (6%), limitando para estas plantas, las variaciones de potencia producida. El valor de la reserva rotante debe tener en cuenta todo el sistema eléctrico. Normalmente está es calculada en rechazo de carga y/o en el valor de potencia por el grupo más grande conectado a la Red. Esta reserva se debe distribuir en todos los grupos que participan en la regulación de frecuencia. 5 COMPORTAMIENTO DE LA RED NORTE AISLADA Se han efectuado las pruebas de red aislada con una configuración de red que tenía una potencia de las cargas locales alrededor de 350MW y prácticamente con sólo tres grupos en regulación de frecuencia en la planta de Carhuaquero. A la apertura de la interconexión con el SEIN, en el funcionamiento en red aislada, se encuentran variaciones de frecuencia con un valor muy elevado y no compatible con una buena calidad del servicio. Además se pueden encontrar también protecciones de sobre y bajo valor de frecuencia en algunas de las plantas que pueden provocar la caída del servicio y consecuentemente el probable apagón de toda la red. Todo esto por una insuficiente presencia en la red Norte de una energía de regulación. Claramente el servicio puede ser mejorado poniendo en regulación de frecuencia más plantas como la Central Cañon del Pato y/o de Malacas , conteniendo las variaciones de frecuencia entre un valor similar al valor que se encuentra con la red conectada al SEIN. CESI Informe 6 RETE Trasmissione & Distribuzione A5011877 Pagina 14/22 Aprobado ANEXO Para un sistema de red con modelo rígido se puede adoptar el siguiente esquema bloque Pe i Pn i - - Gi(s) + + 1 sTa i Reg. y turb. i Pe j Pn j r i n i Pe = Pc - - Gj(s) + f fn + 1 sTa j Reg. y turb. j r j n j Figura–Esquema bloques de la regulación de frecuencia en una red con conexión rígida entre los grupos generadores Las funciones de transferencia f.d.t. Gi..j (s) entre el error de frecuencia y potencia mecánica incluyen el regulador de velocidad y la turbina y pueden también ser definidas como : Gi.. j ( s) 1 Ci.. j ( s) bpi.. j Con la hipótesis que Ci..j (0) = 1 y la ganancia estática del regulador es diferente de cero se puede escribir : Gi.. j ( s) 1 bpi.. j donde el parámetro “bp” se define normalmente “el estatismo permanente.” Con la referencia al esquema a bloques de Figura 1 se observa que las variaciones Pc de las cargas se dividen entre las potencia eléctrica Pei generada por los diversos grupos, para que también en el transitorio se tenga: Pc Pe i CESI Informe RETE Trasmissione & Distribuzione A5011877 Pagina 15/22 Aprobado Para cada grupo se tiene por consiguiente: Pn 1 Pei s Tai Ci s i f bpi fn Eq. y agregando por consiguiente: f Pn Pc s Tai Pni i Ci s i bpi i fn Eq. o más bien: f GN' Pc Eq. habiendo puesto: fn G N' Eq. Pn s Tai Pni i Ci s i i bpi El G’N expresa la respuesta de la red a una perturbación Pc; con el modelo adoptado (el sistema rígido) la tal respuesta es independiente del punto de perturbación; esto porque la red está reducida en un único nudo que es el punto de conexión de todas las unidades de producción y todas las cargas. En tal caso es oportuno tener en cuenta la influencia de las cargas rotantes, conectadas con los generadores, como inercia y como posible dependencia de la frecuencia. Para tener en cuenta la inercia de las cargas rotantes es necesario agregar en el (Eq. 2) al factor : Ta i Pni i la cantidad: Tc j Pcnj j donde los Pcnj son las potencias de referencia por cada carga y los Tcj se definen de la manera análoga al Tai. Esto quiere definir un tiempo de aceleración global de la red: Tat s Tai Pni Tc j Pcnj i j Prt Prt representa la “potencia rotante“ de la red. ; Prt Pni i Eq. CESI Informe RETE Trasmissione & Distribuzione A5011877 Pagina 16/22 Aprobado Para tener entonces en cuenta alguna variaciones de las cargas con la frecuencia, es necesario reemplazar en el (Eq. 4) G’N con la expresión siguiente: GN fn Pn Pr s Tat Prt i Ci s t bc i bpi Eq. donde el parámetro bc (“ estatismo natural de la red”) también en referencia a Pr t, se define por le expresión siguiente : 1 1 bc Prt Pc j bc j Eq. j En el caso de las cargas, se retiene para poder descuidar la dinámica en la respuesta a la variación de frecuencia, y por consiguiente se define su efecto en la regulación completamente del parámetro bcl. Su valor es normalmente incluido entre 0.5 y 1 mientras los valores de bp son de un orden de grandeza más pequeño; por consiguiente la contribución del estatismo natural a la regulación de la frecuencia de la red se vuelve el solo importante cuando los grupos generadores más importantes saturan en potencia regulante. El GN(s) definió por (Eq. 7) corresponde al la f.d.t. en anillo cerrado del esquema a bloques traído en la Figura 2. - Pc + fn f s Pr tTa t - -1 fn + i Pn i C i (s) bp i Pc i j bc j Figura–Anillo de regulación de frecuencia en una red con muchos generadores Teniendo en cuenta la (Eq. 1) y (Eq. 6) se tiene: 1 Ci ( s) Pei bpi Pc Pni 1 1 P rt Pni s Tat Ci s P rt i bpi bc s Tai Eq. CESI Informe RETE Trasmissione & Distribuzione A5011877 Pagina 17/22 Aprobado La dinámica del Ci(s) está limitada; de hecho: lim s Ci ( s ) 0 Entonces, aplicando el teorema del valor inicial, suponiendo que Pc es un escalón , se consigue: Pe i Pn i Tai t 0 Tat Pc Prt Eq. Pei / Pni Tai Pe / Pn Ta j j j t 0 Al régimen ( por s 0 ) se tendrá en cambio Pe i Pn i 1 / bp i t 1 / bp t Pc Prt Eq. Pei / Pni 1 / bpi Pe / Pn 1 / bp j j j t Donde es fijo: 1 bpt Pn / bp i i i Prt 1 bc Eq. Teniendo en cuenta también el (Eq. 6) y el (Eq. 11 ): Er 1 G N 0 1 Prt bpt f n MW / Hz Eq. La cantidad Er se dice “energía regulante ”. Recordando además que : f GN Pc Se consigue: f t Pc Er Eq. Igualmente puede definirse “energía regulante natural” la cantidad siguiente: Ern 1 Prt bc f n MW / Hz Eq. CESI Informe RETE Trasmissione & Distribuzione Aprobado A5011877 Pagina 18/22 De primera ecuación del (Eq. 9) se tiene que, en la presencia de una perturbación a escalón todos los grupos de la red compiten para enfrentar tal perturbación, inicialmente a través de un escalón de potencia que es más pequeño como mayor es el de la red ; de aquí la importancia de las interconexiones gracias a que todos los grupos de la red , también distante, contribuyen para enfrentar la perturbación con la energía cinética contenida en la inercia. Las variaciones Pei son escalones y aparecen sin retraso, en los límites en que es válida la hipótesis de sistema rígido; no obstante en la realidad, para una grande red, los retrasos con que las variaciones de potencia también aparecen en los grupos muy distante de la perturbación normalmente son bastante pequeños comparados con la dinámica típico de la regulación de frecuencia. La segunda ecuación del (Eq. 9) muestra que las perturbaciones relativas de los grupos en la parte inicial del transitorio son proporcionales a las inercias relativas. En la fase siguiente del transitorio inmediatamente se hace sentir la acción de los reguladores de velocidad. La (Eq. 13) muestra que, a transitorio completó, permanece un error de frecuencia, consiguiente a una perturbación de Pc, que es muy más pequeño como grande es las energía regulante de todo sistema interconectado, y es por consiguiente importante que todos los grupos den una contribución conveniente a la regulación. Las (Eq. 11) y (Eq. 13) señalan la necesidad que los estatismos bpi que definen la entidad relativa de la participación a régimen de los grupos , son demasiados pequeños para los grupos más importantes. Esto no pasa para los grupos que trabajan “bajo el limitador” para que el valor de bpi se considere infinito. Si un grupo bajo limitador , debido a una perturbación, viene a estar en una red aislada, quita de la red la ayuda del grupo a la regulación de frecuencia y puede entonces favorecer al derrumbamiento del sistema si hay un déficit de potencia producida. También puede pasar que, para las perturbaciones pequeñas, la variación de frecuencia tenga un valor debajo de uno “el umbral de insensibilidad.” La tal insensibilidad puede ser causada por juegos de los órganos mecánicos. En algunos reguladores esta la posibilidad de introducir un umbral ajustable deliberadamente, para que el grupo esté insensible a las fluctuaciones de amplitud pequeña de la frecuencia. En un sistema interconectado, los valores de las insensibilidades admisibles, deben ser objeto de acuerdos entre el “los compañeros” de la interconexión. En el pasaje de la condición inicial a las condición de régimen, en función de la regulación primaria de frecuencia, la división de la perturbación entre los grupos es determinado por la respuesta dinámica de los sistemas de regulación; si la respuesta de algunos sistemas es más lenta que otros, la contribución de la demanda a los grupos con los reguladores más rápidos está transitoriamente más importante: en un funcionamiento en una red pequeña, una perturbación notable puede causar un problema transitorio no tolerable de los grupos involucrados, particularmente si los grupos son térmicos (p.e. un descenso de la frecuencia a un valor inferior a aquéllos admitidos para esta tipología de grupos) Siguiendo una perturbación de la carga, la división de la potencia entre las varias área de la red puede ser diferente, y por consiguiente pueden variar las potencia intercambio entre las áreas interconectadas, ambos en la fase transitoria y al régimen; con un tiempos más lentos de la regulación primaria de frecuencia interviene la regulación “secundaria” para traer la frecuencia al valor nominal y el valor de la potencia de intercambio a los valores programados. CESI Informe 7 RETE Trasmissione & Distribuzione Aprobado A5011877 Pagina 19/22 NOTAS Nosotros retenemos oportuno traer en el informe final, las observaciones alcanzadas por algunas sociedades eléctricas a los resultados obtenidos para las pruebas efectuadas en las propias plantas Se traen las tales observaciones en forma de tabla que contiene también las consideraciones CESI a el comentario. 7.1 Observaciones al estudio de ETEVENSA 7.1.1 Planta TG Ventanilla Informe de referencia : “CENTRAL TÉRMICA DE VENTANILLA (PERÚ) - Pruebas Dinámicas para la Regulación de Frecuencia” Párrafo Dice Observación Etevensa “Cada grupo tiene tres Lo señalado en el último párrafo es efectivo válvulas (piloto, difusión y por cuanto los sistemas acumulan premix) de suministro de gas condensado, el que debe ser evacuado antes que trabajan secuencialmente de cambiar los modos de combustión para y traslapada entre 35 y 60 evitar spreed que causan salida de la unidad. MW. El funcionamiento normal de unidades En esta zona de carga es como estas, debería ser con un mínimo necesario realizar técnico de 80 Mw en modo Premix. No es manualmente purgas de efectivo lo de "imposible" como lo dice el condensados en las líneas de informe, porque se puede efectuar durante gas por lo cual se hace todo su modo de combustión Premix, desde imposible realizar un los 75 a los 150 Mw funcionamiento automático del control de la carga”. 4.1Las unidades se tienen con un setting para Variación variaciones de carga de 5 Mw/min y en caso de la de ramback esta puede llegar a 12 Mw/min Carga (en 2Caracteris ticas tecnicas de la planta aumento y reducción ) a la Máxima Velocidad de Maniobra 4.2 Definició n de la Caracterís tica de Estatismo Permanen te (bp ) y de la Insensibili dad Es efectivo, estas unidades no están comisionadas por el tecnólogo para una regulación primaria de frecuencia Observación Cesi “Imposible” realizar un funcionamiento automatico del control de la carga “En esta zona de carga” (30 y 60 MW) CESI Informe Párrafo 4.3_ Rechazo de la carga 5Conclusio nes RETE Trasmissione & Distribuzione Dice Aprobado Observación Etevensa Existen muchos rechazos de carga para efectuar los análisis que requiere el CESI y si hay datos faltantes, CESI deber hacer saber cuáles son estos para tener implementado en las unidades los registros necesarios y que operen cuando estas salgan intempestivamente por problema interno o externo. También es efectivo que las unidades necesitan alrededor de 3 a 4 horas para volver al sistema, después de una detención por efectos de estabilización de temperatura. El tiempo es dependiente de la temperatura ambiente No entendemos el término "valor de ajuste de los parámetros de la función de transferencia", agradeceremos explicarlo 5Conclusio nes Respecto del comentario que se hace con la palabra "lento", se puede manifestar que es normal en unidades térmicas en comparación con las hidráulicas y que son por las características propias de este tipo de máquina. 5Conclusio nes Estas unidades no hacen regulación primaria de frecuencia , es posible que contribuyan a este servicio complementario, si es que el sistema de regulación de las unidadades se encontrarán comisionados por el tecnólogo A5011877 Pagina 20/22 Observación Cesi Para poder recibir datos de los transitorios de frecuencia y de potencia producida a consecuencia de un rechazo de carga es necesario tener grabaciones con un tiempo de medida no superior a 100 ms (preferentemente 50 ms) que al presente parece no estar disponible en el sistema SCADA de la planta Se entiende el valor de estatismo permanente, de los parámetros proporcional integral del sistema de control de potencia y principalmente el esquema a bloque del sistema de control de frecuencia-potencia. Como requerido en otras ocasiones En Italia para todas las plantas térmicas a gas o gasóleo se requiere una velocidad de variación de carga no inferior al 8% al minuto del valor nominal de la potencia de los grupos, en el caso de Ventanilla 12 MW/min CESI Informe 7.2 RETE Trasmissione & Distribuzione Aprobado A5011877 Pagina 21/22 Observaciones al estudio de ENERSUR 7.2.1 Planta TV ILO 2 Informe de referencia : “CENTRAL TÉRMICA DE ILO 2 (PERÚ) - Pruebas Dinámicas para la Regulación de Frecuencia” Párrafo 2Caracteris ticas tecnicas de la planta 2Caracteris ticas tecnicas de la planta 7Conclusio nes Dice C.T. Ilo2 , ubicada al sur de ILO al lado del mar en un lugar sin agua (esta una planta de desalinización del agua), es una Central Térmica a carbón. Cada pulverizador tiene la capacidad de 75% del caudal nominal. Observación ENERSUR Debe decir: C.T. Ilo2 , ubicada al sur de ILO , es una Central Térmica a carbón. Observación Cesi Correcto Debe decir: Cada pulverizador tiene la capacidad de 50% del caudal nominal. Correcto Los resultados conseguidos No se entiende con claridad que desea decir, muestran además de una se podría entender que es distante el conducta en cuanto bastante comportamiento del sistema de control en del sistema de control de la comparación de la regulación primaria de frecuencia comparado con la frecuencia (?) exigencia de la regulación primaria 7La contribución a la Incluir también la siguiente observación: La Conclusio regulación primaria con el unidad presenta problemas de estabilidad nes frequency-bias resulta sin con el uso del frequency Bias cuando opera embargo limitado en el campo con un pulverizador. de funcionamiento con 2 pulverizadores. 7De las pruebas se obtiene que El valor de estatismo obtenido fue 5.8% y no Conclusio la planta puede funcionar sin 5% como mencionan. Añadir al final del nes problemas con un valor del párrafo: cuando está en funcionamiento con estatismo permanente del 5 % 2 pulverizadores. (correspondiente al valor de ajuste) y una insensibilidad inferior a 50 mHz. Se entiende “suficientebastante” Correcto Correcto CESI Informe 7.2.2 RETE Trasmissione & Distribuzione Aprobado A5011877 Pagina 22/22 Planta TV ILO 1 Informe de referencia : “CENTRAL TÉRMICA DE ILO 1 (PERÚ) - Pruebas Dinámicas para la Regulación de Frecuencia” Párrafo 2Caracteris ticas tecnicas de la planta Dice La planta a vapor tiene 5 productores de vapor incluyendo 4 calderas y el vapor de recuperación que viene de la fundición/refinería de cobre “Southern Perú”. Todos los productores de vapor están conectados a un mismo colector, que proporciona las 4 turbinas. Observación ENERSUR Debe decir: La planta a vapor tiene 5 productores de vapor que incluyen 4 calderas y el vapor de recuperación que proviene de la Fundición de cobre de “Southern Perú”. Todos los productores de vapor están conectados a un mismo colector, que suministra a las 4 turbinas. 3.1.4 En la Condición de prueba se hace referencia al Grupo 3 debiendo ser al Grupo 4 4.2 - asegurando una contribución Eliminar el artículo "el" Descripci rápida en frente a grandes ón del Regulador perturbaciones de potencia en el la Red Digital GE Mark5 ( TV3-TV4 ) 4.2 Descripci ón del Regulador Digital GE Mark5 ( TV3-TV4 ) tiene un comportamiento Eliminar la preposición "de" limitado en las variaciones rápidas de apertura de la válvula en el caso del de grupo 4 Observación Cesi Correcto Correcto Correcto Correcto