Estudio de representación. instalaciones de acuerdo a la NTSyCS. Entrega Nº3. Informe de implementación de modelos. Unidad CTTAR.


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1 Estudio de representación dinámica de las instalaciones de acuerdo a la NTSyCS. Entrega Nº3. Informe de implementación de modelos. Unidad CTTAR. Mayo R 060-5

2 Tabla de contenido REGISTRO DE COMUNICACIONES... 6 SECCIÓN PRINCIPAL INTRODUCCION DESCRIPCION DE LA CENTRAL ENSAYOS AL GENERADOR Verificación de la curva de saturación. Ensayo en vacío Verificación de los puntos de operación en carga Determinación de la constante de inercia del conjunto turbina-generador (H) ENSAYOS DEL SISTEMA DE EXCITACIÓN Determinación de los techos de excitación y límites electrónicos del RAT Respuesta temporal en vacío Respuesta temporal en carga Verificación del funcionamiento de los limitadores ENSAYOS DEL SISTEMA DE CONTROL DE VELOCIDAD / POTENCIA Ensayo de respuesta temporal en vacío Ensayo de respuesta temporal en carga Operación de la unidad en control de frecuencia Determinación del gradiente de incremento/reducción de carga ENSAYOS DEL ESTABILIZADOR DE SISTEMAS DE POTENCIA (PSS) MODELO MATEMÁTICO Sistema de excitación Modelo de Turbina Vapor Regulador de velocidad / potencia HOMOLOGACIÓN DE MODELOS Verificación de la curva de saturación Verificación del modelo en carga del generador. Obtención parámetros estáticos Determinación de la constante de inercia H Homologación unidad CTTAR IMPLEMENTACIÓN EN BASE DE DATOS DEL CDEC SING...36 ANEXO I PARÁMETROS MÁQUINA SÍNCRONA

3 Índice de tablas y gráficos Gráfico - Unilineal de la Central Termoeléctrica Tarapacá... 8 Gráfico 2 - Respuesta de CTTAR ante rechazo de carga... 9 Gráfico 3 - Respuesta de excitación de CTTAR en vacío...0 Gráfico 4 - Respuesta de excitación de CTTAR en vacío...0 Gráfico 5 - Respuesta de excitación de CCTAR en carga... Gráfico 6 - Respuesta del limitador de sobre excitación (OEL)....2 Gráfico 7 - Respuesta del limitador de sub excitación (UEL)...2 Gráfico 8 - Respuesta de regulador de velocidad en vacío...3 Gráfico 9 - Respuesta de regulador de velocidad en carga, flanco negativo...4 Gráfico 0 - Respuesta de regulador de velocidad en carga, flanco positivo...4 Gráfico Regulación Primaria CTTAR, F_Pa...5 Gráfico 2 Regulación Primaria CTTAR, F_Yt_Presión...5 Gráfico 3 Regulación Primaria CTTAR, F_Yt...6 Gráfico 4 Regulación Primaria CTTAR, F_Yt...6 Gráfico 5 Regulación Primaria CTTAR, Diagrama XY, P_F_Yt... 7 Gráfico 6. Gradiente de Toma de Carga, P_Yt_Presión... 7 Gráfico 7 - Esquema del sistema de excitación...8 Gráfico 8 - Diagrama de bloques del regulador de tensión....9 Gráfico 9 - Diagrama de bloques del limitador de máxima corriente de campo temporizado....9 Gráfico 20 - Diagrama de bloques del limitador de flujo magnético Gráfico 2 - Diagrama de bloques del limitador de sub excitación Gráfico 22 Modelo Turbina a Vapor y Caldera...2 Gráfico 23 Esquema de control del regulador de velocidad CTTAR Gráfico 24 - Ajuste curva de saturación CTTAR Gráfico 25 - Ajuste parámetros estáticos del generador CTTAR Gráfico 26. Rechazo de Carga CTTAR...24 Gráfico 27. Modelo AVR CTTAR...25 Gráfico 28. Bloque REF SIGNAL...26 Gráfico 29 - Homologación del regulador de tensión en vacío, CTTAR...26 Gráfico 30 - Homologación del regulador de tensión en carga, PSS OFF...27 Gráfico 3. Modelo de limitador de subexcitación, OEL CTTAR

4 Gráfico 32 - Homologación del limitador de sobreexcitación (OEL)...28 Gráfico 33. Modelo de limitar de subexcitación, UEL CTTAR...30 Gráfico 34. Homologación del limitador de subexcitación CTTAR Gráfico 35. Modelo GOV Tarapacá, CTTAR...32 Gráfico 36. Modelo Caldera Turbina a Vapor, CTTAR Gráfico 37 - Homologación del regulador de velocidad en carga Gráfico 38 - Homologación del regulador de velocidad en carga (CPF)...34 Gráfico 39. Comportamiento modelo homologado en la red del SING, CTTAR...36 Gráfico 40. Comportamiento modelo homologado en la red del SING, SING...37 Gráfico 4. Comportamiento modelo homologado en la red del SING, CTTAR Gráfico 42. Comportamiento modelo homologado en la red del SING, CTTAR...39 Tabla - Puntos de operación en vacío CCTAR... 8 Tabla 2 - Puntos de operación CTTAR... 9 Tabla 3 Calculo de EFD teórica para la CTTAR...23 Tabla 4 Constante de inercia...25 Tabla 5. Parámetros Sistema de Excitación y OEL, unidad CTTAR...29 Tabla 6. Parámetros UEL CTTAR...3 Tabla 7. Parámetros GOV CTTAR

5 Abreviaturas y acrónimos CDEC Centro de Despacho Económico de Carga SIC Sistema Interconectado Central SING Sistema Interconectado del Norte Grande CH Central hidroeléctrica CT Central termoeléctrica TG Turbina de gas TV Turbina de vapor PE Parque eólico CE Compensador estático CC Ciclo combinado SF Solar fotovoltaico RAT ó AVR Regulador Automático de tensión RAV Regulador Automático de velocidad CPF Control Primario de Frecuencia 5

6 REGISTRO DE COMUNICACIONES Registro de las actividades, comunicaciones y aprobación de informes. Número Fecha Objeto Referencias Observaciones Responsable Preparó JG CJ dd/mm/año 04/0/ /03/206 Correcciones Preparó JG CJ 3 02/05/206 Corrección de observaciones Preparó JG CJ 6

7 SECCIÓN PRINCIPAL. INTRODUCCION En la presente entrega se presentan los resultados obtenidos de los ensayos realizados en la central Tarapacá, unidad turbina a vapor (CTTAR), la descripción de los distintos sistemas de control de las unidades y la homologación de sus modelos matemáticos. En relación a lo establecido por los protocolos de ensayos previamente confeccionados y adjuntos en el Anexo, se describen las pruebas realizadas y se deja constancia de aquellas que no se llevaron a cabo, dado el tipo de tecnología de la planta en estudio. 2. DESCRIPCION DE LA CENTRAL La Central Termoeléctrica Tarapacá se encuentra en la región de Tarapacá a 60 km al sur de la ciudad de Iquique sobre la costa marítima. La central consta de dos unidades, una de ellas del tipo turbina a diésel de ciclo abierto de 28 MVA de capacidad (TGTAR). La unidad a ser homologada, utiliza carbón bituminoso como combustible y tiene una capacidad de 50 MW (CTTAR). Se describe a continuación las características de la unidad a ser homologada CTTAR. El generador marca General Electric (GE) es de 86 MVA de potencia aparente nominal, factor de potencia de 0,85 y su tensión nominal en bornes es de 3,8 kv. El mismo es enfriado por hidrógeno. Los valores de excitación nominal son.85 A y 388 V. El sistema de excitación se compone de una excitatriz estática del fabricante GE, modelo EX2000, la cual provee de corriente de excitación al rotor de la maquina sincrónica mediante un par de anillos rozantes. El controlador de la excitatriz es del tipo proporcional-integral (PI) y posee limitadores de baja y sobre excitación. También dispone de un limitador de sobreflujo magnético (V/Hz) y un estabilizador de sistemas de potencia (PSS), este último deshabilitado. La turbina del fabricante GE gira a una velocidad nominal de rpm y posee etapas de alta, media y baja presión. Las etapas de media y baja presión poseen recalentadores de vapor. La presión de operación de la turbina es del orden de 50 bar y la unidad posee una sola caldera. El modo de control de la caldera es por consigna de presión y el control de la cantidad de calor es manual. El control de velocidad de la turbina es independiente, mediante un controlador modelo Speedtronic Mark V, el cual tiene un control superpuesto para regulación primaria de frecuencia (CPF), el cual se encuentra implementado en el sistema de control de la central (DCS). EL caudal de vapor se regula mediante cuatro válvulas de vapor que trabajan en forma secuencial o sincronizada. La conexión del generador a la red es por medio de un transformador de 84 MVA, 225/3,8 kv, conexión YNd, que se conecta a la SE Tarapacá, la cual se conecta mediante dos líneas a la SE Lagunas 220 kv y una tercera línea a SE los Cóndores 220 kv. En Gráfico se muestra un esquema unilineal simplificado de la central y su conexión a la red. 7

8 Gráfico - Unilineal de la Central Termoeléctrica Tarapacá 3. ENSAYOS AL GENERADOR 3.. Verificación de la curva de saturación. Ensayo en vacío Con el generador funcionando en vacío a velocidad nominal, se registró la tensión en bornes del generador (U), tensión de excitación (EFD) y la corriente de excitación (IFD). En las Tabla, se presentan los resultados obtenidos para los generadores CTTAR. Tabla - Puntos de operación en vacío CCTAR EFD [V] 3.2. IFD [A] Tensión [kv] , , , , ,53 Verificación de los puntos de operación en carga Con el generador funcionando en condiciones de operación normal, se registraron los valores de tensión en bornes del generador (U), potencia activa (P) y reactiva (Q), variando la consigna de tensión (U) / potencia reactiva (Q). En la Tabla 2 se detallan los puntos de operación obtenidos para CTTAR. 8

9 Tabla 2 - Puntos de operación CTTAR 3.3. IFD [A] Tensión de fase (U) [kv] Corriente (I) [A] Pot. activa (P) [MW] Pot. reactiva (Q) [MVAr] 970 8, ,7 29, , ,7-3, , ,9, , ,7-23, , ,2-9, , ,8 7,2 Determinación de la constante de inercia del conjunto turbina-generador (H) Con el objetivo de determinar el parámetro H (constante de inercia) de cada unidad se realizó un rechazo de carga a partir de la apertura del interruptor de máquina. Se obtuvo la respuesta de la máquina en esta condición, registrando la potencia activa (P), la potencia reactiva (Q) y la velocidad en Hz. En el Gráfico 2 se muestra la respuesta temporal de la unidad CTTAR. El rechazo fue realizado a una potencia del orden del 40% de la potencia nominal, a 47 MW s Hz s Hz Freq U VT (a) in Hz 8.0E+4 X = s 6.0E kw 4.0E+4 2.0E+4 0.0E+0-2.0E kvar P VT-CT Total Active Power in kw P VT-CT Total Reactive Power in kvar Unidad Carbón CTTAR 50 MW Rechazo Rechazo de Carga Date: 02//205 Annex: /7 Gráfico 2 - Respuesta de CTTAR ante rechazo de carga En el rechazo se presentó el disparo de la unidad por protección de sobrefrecuencia ENSAYOS DEL SISTEMA DE EXCITACIÓN Determinación de los techos de excitación y límites electrónicos del RAT Dadas las condiciones operativas permitidas de la central se consiguió realizar un escalón en la referencia de tensión del RAT del 0 %. En el Gráfico 3 se presentan los resultados. 9

10 s 8.86 kv s kv s kv s kv U VT (a) in kv U VT (b) in kv U VT (c) in kv Tensión Unidad Carbón CTTAR 50 MW Date: 02//205 Annex: /9 Gráfico 3 - Respuesta de excitación de CTTAR en vacío 4.2. Respuesta temporal en vacío Con el generador funcionando en vacío a velocidad nominal, se determinó la respuesta dinámica del sistema de excitación, registrando las variables medidas al aplicarle una variación tipo escalón a la consigna de la referencia de tensión (VREF). En el Gráfico 4, se muestra la respuesta de la excitación en vacío s kv s 8.35 kv s 8.35 kv s kv s kv s kv s kv U VT (a) in kv U VT (b) in kv U VT (c) in kv Unidad Carbón CTTAR 50 MW Tensión Date: 02//205 Annex: /9 Gráfico 4 - Respuesta de excitación de CTTAR en vacío 0

11 4.3. Respuesta temporal en carga Con el generador funcionando en paralelo con la red, se determinó la respuesta dinámica del sistema de excitación, registrando las variables medidas al aplicarle una variación tipo escalón a la consigna de la referencia de tensión (VREF) En el Gráfico 5, se muestra la respuesta de la excitación en carga de la unidad CTTAR s kv s kv s kv U VT (a) in kv 3.8E s kvar 2.5E+4.3E+4 0.0E+0-2.5E s kvar 5.95 s kvar -.3E P VT-CT Total Reactive Power in kvar.52e s kw.48e+5.44e+5.40e+5.36e s kw.32e P VT-CT Total Active Power in kw Freq U VT (c) in Hz Unidad Carbón CTTAR 50 MW U-Q-P-F Date: 02//205 Annex: /3 Gráfico 5 - Respuesta de excitación de CCTAR en carga 4.4. Verificación del funcionamiento de los limitadores La unidad de CTTAR cuenta con limitadores OEL, UEL y V/Hz. Los limitadores OEL y UEL contienen dinámica y se realizaron ensayos para su homologación. El caso del limitador de V/Hz, no contiene dinámica, es un limitador fijo que su señal de salida pasa a través de una compuerta de selector mínimo. Su valor de ajuste contiene un valor elevado que deshabilita su operación (Ganancia =,32 pu), por lo cual no se realizaron ensayos de homologación de dicho elemento. En el Gráfico 6 se presenta la respuesta del ensayo de homologación del OEL. Para dicho ensayo se realiza un cambio de ajuste en el parámetro del pick up del limitador del valor de,23 pu a 0,63 pu. El escalón aplicado fue de +5%. En el Gráfico 7 se presenta la respuesta al ensayo para homologar el UEL. En este caso, se llevaron todos los puntos de la curva a potencia reactiva nula, evitándose así la subexcitación de la máquina. El escalón aplicado fue de -5%.

12 s kv s kv U VT (a) in kv 2.0E+4 Opera OEL.0E+4 0.0E s kvar -.0E+4-2.0E P VT-CT Total Reactive Power in kvar s kvar U-Q Unidad Carbón CTTAR 50 MW Date: 04//205 Annex: /3 Gráfico 6 - Respuesta del limitador de sobre excitación (OEL) s kv s kv s kv U VT (a) in kv 2.0E+4.0E s kvar 0.0E s kvar -.0E+4-2.0E+4-3.0E+4-4.0E s kvar 79.3 P VT-CT Total Reactive Power in kvar 92.6 Unidad Carbón CTTAR 50 MW U-Q Date: 04//205 Annex: /3 Gráfico 7 - Respuesta del limitador de sub excitación (UEL) ENSAYOS DEL SISTEMA DE CONTROL DE VELOCIDAD / POTENCIA Ensayo de respuesta temporal en vacío Con la unidad en vacío girando a velocidad nominal, se aplica un escalón en la referencia de 2

13 velocidad de la unidad. En este caso el escalón pasa por un filtro tipo rampa del controlador MARK V, el cual se encontraba ajustado en el valor de 0,0033 pu/s. Los escalones en la referencia de velocidad fueron de ± 2%. La respuesta se muestra en el Gráfico s Hz s Hz s Hz s Hz Freq U VT (a) in Hz Válvula 3 (%) Válvula 4 (%) Presión (Bar) Unidad Carbón CTTAR 50 MW F-YT-Presion Date: 04//205 Annex: / Gráfico 8 - Respuesta de regulador de velocidad en vacío La unidad posee 4 válvulas de vapor, sin embargo se tenía disponibilidad de medir en 2 de ellas, las cuales son aquellas que realizan la regulación en el rango de carga elevada de la unidad Ensayo de respuesta temporal en carga Con la unidad en paralelo con la red se aplican escalones en la referencia de velocidad del CPF, el cual está implementado en el sistema de control de planta (DCS) y no en el controlador de velocidad de turbina. El CPF aplica una referencia de carga al controlador MARK V. Los escalones aplicados fueron de ± 0,5 Hz. Las respuestas se presentan en Gráfico 9 y Gráfico 0 para flanco negativo y positivo respectivamente. En el caso del flanco positivo se presenta el cierre total de la válvula # 3 y la válvula 4 ya se encuentra cerrada. 3

14 .5E s kw.3e s kw.0e+5.08e+5.05e s kw.03e+5.00e P VT-CT Total Active Power in kw s Bar s Bar Presión (Bar) s % s % Válvula 3 (%) Válvula 4 (%) P-YT-Presion Unidad Carbón CTTAR 50 MW Date: 04//205 Annex: /4 Gráfico 9 - Respuesta de regulador de velocidad en carga, flanco negativo.08e+5.05e s kw.03e s kw.00e E s kw 9.50E E P VT-CT Total Active Power in kw s Bar s Bar Presión (Bar) Válvula 3 (%) Válvula 4 (%) P-YT-Presion Unidad Carbón CTTAR 50 MW Date: 04//205 Annex: /4 Gráfico 0 - Respuesta de regulador de velocidad en carga, flanco positivo 5.3. Operación de la unidad en control de frecuencia Con la unidad en paralelo con la red y despachada con una reserva de 6,6 %, lo cual equivale a una potencia generada de 40 MW para una potencia máxima de 50 MW, se activó el CPF y se realizaron los registros correspondientes. La respuesta se presenta en Gráfico y Gráfico 2. 4

15 s 50.9 Hz s Hz s 50.0 Hz s Hz s Hz s Hz Freq U VT (a) in Hz.46E s kw s kw s kw.44e+5.42e+5.40e+5.38e s kw s kw s kw P VT-CT Total Active Power in kw Power-Freq. Unidad Carbón CTTAR 50 MW Operación CPF Activo 59.5 Date: 05//205 Annex: /6 Gráfico Regulación Primaria CTTAR, F_Pa Freq U VT (a) in Hz Válvula 3 (%) Válvula 4 (%) Presión (Bar) Unidad Carbón CTTAR 50 MW F-YT-Presion Operación CPF Activo Date: 05//205 Annex: /3 Gráfico 2 Regulación Primaria CTTAR, F_Yt_Presión Se observa una acción de regulación primaria ante variaciones grandes en la frecuencia. Se ha calculado un estatismo entre 25 % y 4 % del registro presentado en el Gráfico. Se observa en el Gráfico 2, que la acción de control en las válvulas de vapor provoca variaciones en la presión del orden de 4 bar correspondiente al 2,5 %. 5

16 .450E s kw s 50.9 Hz E E E s Hz s Hz E s kw : Freq U VT (a) in Hz E : P VT-CT Total Active Power in kw s 50.9 Hz s % s Hz s % s % : Freq U VT (a) in Hz : Válvula 3 (%) : Válvula 4 (%) Diagramm (2y) Unidad Carbón CTTAR 50 MW Operación CPF Activo Date: /5/205 Annex: /9 Gráfico 3 Regulación Primaria CTTAR, F_Yt E+5 En el Gráfico 3 se observa la oportunidad de la acción de control, presentándose retrasos de tiempos entre 3 a 7 segundos. En el Gráfico 4 se observa acción de control en fase con el desvío de velocidad, probablemente producto del retardo. Regulación Primaria en Fase E E E E : Freq U VT (a) in Hz E : P VT-CT Total Active Power in kw Regulación Primaria en Fase : Freq U VT (a) in Hz : Válvula 3 (%) : Válvula 4 (%) Unidad Carbón CTTAR 50 MW Diagramm (2y) Operación CPF Activo Date: /5/205 Annex: /9 Gráfico 4 Regulación Primaria CTTAR, F_Yt 6

17 .453E MW [-] [-].440E E Hz MW.45E E E Compare Signals: Frecuencia Hz / Potencia Activa kw [-] Compare Signals: Frecuencia Hz / Válvula 3 % X-Y Plot Unidad Carbón CTTAR 50 MW Regulación Primaria bp = 28 % [-] Date: /6/205 Annex: /4 Gráfico 5 Regulación Primaria CTTAR, Diagrama XY, P_F_Yt En el Gráfico 5 se presentan diagramas XY de Frecuencia - Potencia activa y Frecuencia Válvula de Caudal de Vapor # 3. Se observa un comportamiento cualitativamente no lineal. Se calcula un estatismo de 28 %, para los dos puntos marcados en la línea Frecuencia - Potencia activa, los cuales se consideran representativos de los efectos de regulación primaria para variaciones del orden de 0,2 a 0,3 Hz Determinación del gradiente de incremento/reducción de carga En el Gráfico 6 se presenta el resultado del ensayo de escalón en la consigna de potencia activa de la unidad, en el modo load control con el CPF desactivado. El escalón fue de 0 MW..60E s kw.50e s kw s kw.40e+5.30e+5.20e s kw s kw s kw 8.53 P VT-CT Total Active Power in kw s kw s % % V s % s 3.20 % s % Válvula 3 (%) Válvula 4 (%) s Bar s Bar s Bar s Bar s Bar Presión (Bar) Unidad Carbón CTTAR 50 MW P-YT-Presión Escalón 0 MW Ctrl. MW Date: 06//205 Annex: /4 Gráfico 6. Gradiente de Toma de Carga, P_Yt_Presión 7

18 Del resultado presentado se obtienen gradientes de -262 kw/s para reducción de carga y de kw/s para el incremento. La respuesta de la presión es la respuesta natural del sistema de vapor sin adición o reducción de calor. 6. ENSAYOS DEL ESTABILIZADOR DE SISTEMAS DE POTENCIA (PSS) Los ensayos correspondientes al estabilizador de potencia (PSS) (oscilación de modo local, ganancia máxima, reducción rápida de potencia mecánica) no fueron realizados debido a que el PSS de la unidad se encuentra deshabilitado. El sistema de excitación de la unidad CCTAR cuenta con estabilizador de potencia (PSS), sin embargo el mismo no se encuentra activado MODELO MATEMÁTICO Sistema de excitación El modelo utilizado para representar al AVR de la unidad CTTAR, se construye en base a un modelo de la biblioteca del PF que representa el AVR GE modelo EX2000 para un sistema brushless. Se realizaron las modificaciones para que el modelo opere sobre un sistema de excitación estático alimentado desde transformador de excitación conectado a la terminal del generador. El sistema de excitación CTTAR es de tipo estático: utiliza un transformador trifásico conectado a las barras de servicios auxiliares de la central para alimentar un puente rectificador controlado, el cual proporciona la corriente de excitación al arrollamiento de campo por medio de anillos rozantes. El sistema de control es una plataforma multiprocesador que engloba un regulador de tensión, el circuito de control del ángulo de disparo de los tiristores y la lógica necesaria para el correcto funcionamiento del generador. Gráfico 7 - Esquema del sistema de excitación 7... Regulador automático de tensión (RAT) El regulador automático de tensión consiste de un lazo con una estructura PI. 8

19 Gráfico 8 - Diagrama de bloques del regulador de tensión Limitador de sobreexcitación (OEL) El limitador de sobreexcitación permite reducir la corriente de campo del generador para evitar que las protecciones del mismo lo desconecten por calentamiento excesivo de los bobinados de excitación y de armadura. Consiste en un temporizador que depende de la corriente de campo inicial con característica de tiempo inverso, el cual modifica el setpoint de tensión en bornes del generador y reduce la corriente de excitación a valores térmicamente admisibles. Gráfico 9 - Diagrama de bloques del limitador de máxima corriente de campo temporizado Limitador de sobreflujo magnético (V/Hz) La protección Volt/Hertz tiene por objeto proteger al generador de los daños que puede producir un excesivo flujo magnético, producto de una disminución de la frecuencia y/o de un aumento en la tensión. La relación tensión/frecuencia (V/Hz) es proporcional al flujo magnético y se obtiene de magnitudes fácilmente medibles, por esta razón se la utiliza como señal de entrada en este tipo de protecciones. 9

20 Gráfico 20 - Diagrama de bloques del limitador de flujo magnético. El limitador de flujo magnético disminuye la excitación del generador a un valor prefijado para evitar que la protección asociada lo desconecte, perdiéndose los aportes de potencias activa y reactiva al sistema. El limitador en estudio toma la señal de frecuencia y se le aplica una ganancia de.32, para luego pasar por una compuerta de selector de mínimo como se muestra en el Gráfico Limitador de sobreexcitación (UEL) El limitador de sub excitación controla que la unidad no ingrese en condiciones de sub excitación. Gráfico 2 - Diagrama de bloques del limitador de sub excitación. 20

21 El limitador presentado en el Gráfico 2 consiste en una señal de error compuesta por la diferencia entre la potencia reactiva de la unidad y el valor programado dependiente de la tensión. El error es llevado a cero mediante un controlador tipo PI y la señal de salida el UEL se suma a la referencia del AVR Modelo de Turbina Vapor El modelo de la Turbina a Vapor debe considerar la capacidad de almacenamiento de vapor y la relación cambio de área vs caída de presión. En este sentido es que se plantea utilizar el modelo estándar IEEE Type Speed-Governing Model Modified to Include Boiler Controls. El modelo presentado en el Gráfico 22, puede ser parametrizado de manera de representar turbinas a vapor de hasta 3 etapas de presión intermedia, adicionalmente a la de alta presión. Igualmente es posible ajustar controles de caldera y parámetros relacionados a tamaño del domo de vapor y área de recuperación de calor. Gráfico 22 Modelo Turbina a Vapor y Caldera 2

22 7.3. Regulador de velocidad / potencia El regulador de velocidad / potencia es una combinación entre un sistema de control implementado en el DCS y un controlador MARK V. El controlador MARK V en su modo de control de velocidad solo opera para sincronizar. Para la operación con regulación primaria de frecuencia el MARK V está en modo control de carga y el DCS envía una señal de consigna de carga. El MARK V transmite directamente dicha señal a los controladores de posicionamiento de válvulas de vapor. La señal de cambio de posicionamiento de las válvulas, se obtiene a partir del error en la velocidad y el error en la presión. En el Gráfico 23 se observa la estructura del regulador obtenida a partir de información relevada en campo. hact Setpoint Velocidad Consigna de Presión Ganancia2 speed Pvap Rate Limiter s+ Dead Zone Saturation Transfer Fcn Pelec 2 Product Ganancia3 /57 Saturation Gain PID PID Controller Setpoint to Valve -D T(u) u -D Lookup Table Gráfico 23 Esquema de control del regulador de velocidad CTTAR. Durante el proceso de homologación observó que la respuesta era dada prácticamente por la parte inicial del controlador y que el PID podía quedar ajustado solo con la parte proporcional HOMOLOGACIÓN DE MODELOS Verificación de la curva de saturación Utilizando los datos de tensión de campo (Efd), corriente de campo (IF) y tensión en bornes (UG) obtenidos en el ensayo de vacío realizado en CTTAR se ajustó la curva de saturación y recta de entrehierro del modelo de generador equivalente mediante un ajuste exponencial, obteniendo los coeficientes de saturación S0 = 0,0909 y S2 = 0,222. En el Gráfico 24 se muestran los puntos medidos y el ajuste realizado. 22

23 Tensión Ug [pu] Registro 0.2 Ajuste 0. REH Corriente de Excitación Ifd [A] 000 Gráfico 24 - Ajuste curva de saturación CTTAR Verificación del modelo en carga del generador. Obtención parámetros estáticos A partir de los puntos de operación en carga obtenidos en el punto 3.2, se ajustaron los valores numéricos de los parámetros estáticos del modelo del generador (Xq, Xd, Xl), utilizando los datos informados de dichos parámetros como condición inicial, los valores medidos de potencia activa (P), potencia reactiva (Q), tensión en bornes (V), corriente de excitación (I F) para calcular el valor de tensión de campo (EFD). Se varió el valor de Xq, Xd, Xl hasta que el error total entre la EFD medida y calculada resultó mínimo. En el grafico 30 se muestra el grafico correspondiente al ajuste descrito. Tabla 3 Calculo de EFD teórica para la CTTAR. EFD U [kv] P [MW] Q [MVAr] EFD (medida) [pu] 3,67 4,20-9,00 2,3 2,9-0,56 4,22 4,80 7,20 2,286 2,293 0,32 4,38 02,70 29,40 2,02 2,038 0,83 3,3 02,70-3,00,566,538 -,82 3,80 39,90,60 2,46 2,69,08 3,3 38,70-23,30 2,07 2,047 -,4 3,67 4,20-9,00 2,3 2,9-0,56 (calculada) [pu] Error (%) 23

24 Gráfico 25 - Ajuste parámetros estáticos del generador CTTAR Determinación de la constante de inercia H La obtención de la constante de inercia se obtuvo ajustando el modelo de simulación en el proceso de homologación para el rechazo de carga mostrado en el grafico siguiente. X = 3,827 s 54,00 53,00 52,00 5, ,00 49,00,73 80,00 6,46 TARAPACA 50 MW: Electrical Frequency in Hz Compare Signals: input 2, measured,75 7,04 22,33 27,62,75 7,04 22,33 27,62 X = 2,523 s 60, MW 40,00 20,00 0,00-20,00,73 6,46 TARAPACA 50 MW: Active Power in MW Compare Signals: input 3, measured Identificación Modelos Matemáticos Determinación de la Inercia -> H = 6. MW/s*MVA plots GOV Unidad Tarapacá 50 MW Date: 2/2/205 Annex: /3 Gráfico 26. Rechazo de Carga CTTAR Se observa en el Gráfico 26 que la tangente de aceleración es la misma en el modelo de simulación y en la medición. En la Tabla siguiente se presenta la inercia obtenida. 24

25 Tabla 4 Constante de inercia 8.4. Unid. Constante de inercia H CTTAR 6, Homologación unidad CTTAR La homologación de los modelos de CTTAR se realiza en la plataforma Power Factory de Regulador de tensión El modelo del RAT implementado en PF se presenta en el Gráfico 29. El modelo representa una excitatriz estática alimentada desde transformador de excitación. El AVR como tal es una malla simple que consiste en un controlador PI con un filtro de medición de tensión. La excitatriz estática se representa por una función de primer orden con limitador. En el Gráfico 29 y Gráfico 30 se presenta la homologación del RAT para la operación en Vacío y con carga. Para la homologación bajo carga se utiliza un sistema equivalente, que consiste en una fuente de tensión de capacidad de cortocircuito variable. En el Gráfico 29 se observa una excelente respuesta del modelo en vacío, respecto a lo medido presentado en color azul. avr_cttar: EX2000 Excitation System, ut 0 voel V_max Vrmax 0 2 u Vc /(+st) Tr - [Kp+Ki/s] Kpr,Kir avr LVgate vr K/(+sT). Ka,Ta yi Limiter efd uerrs V_min Vrmin speed Q sgnn Vbias usetp vuel upss Vr Reflimp 0 2 3REF SIGNAL 4Krcc,Kvhz,M Gráfico 27. Modelo AVR CTTAR 25

26 REF SIGNAL: fre ireact K Krcc sgnn ut Vbias usetp Reflimp Avrref 5 qpu fre_sign 2 Q ireact_sign K Kvhz 6 7 vuel 0 uref_sign - comp_sign LVgate2 M ref_sign MIN Vr upss Gráfico 28. Bloque REF SIGNAL,08,06,04,02,00 0,98 25,2 33,39 TARAPACA 50 MW: Terminal Voltage in p.u. Compare Signals: input 2, measured 4,58 49,76 57,94 66,2 33,39 TARAPACA 50 MW: Excitation Voltage 4,58 49,76 57,94 66,2 2,20 [p.u.],80,40,00 0,60 0,20 25,2 Unidad Carbón CTTAR 50 MW plots AVR Validación AVR Date: 2/2/205 Annex: / Gráfico 29 - Homologación del regulador de tensión en vacío, CTTAR El Gráfico 30 presenta la homologación bajo carga con una red equivalente. Se considera que la respuesta del modelo es satisfactoria. 26

27 ,07,05,03,0 0,99 0,97-0,000 2,00 TARAPACA 50 MW: Terminal Voltage in p.u. Compare Signals: input, measured 24,00 35,99 47,99 59,99 2,00 TARAPACA 50 MW: Reactive Power in Mvar Compare Signals: input 2, measured 24,00 35,99 47,99 59,99 2,00 TARAPACA 50 MW: Active Power in MW Compare Signals: input 3, measured 24,00 35,99 47,99 59,99 60,00 40,00 20,00 0,00-20,00-40,00-0,000 53,00 49,00 45,00 4,00 37,00 33,00-0,000 plots AVR Unidad Carbón CTTAR 50 MW Validación AVR Date: 2/22/205 Annex: / Gráfico 30 - Homologación del regulador de tensión en carga, PSS OFF Limitador de sobreexcitación (OEL) En el Gráfico 3 se presenta el modelo de OEL implementado en PF. oel_cttar: ie Level Detector Ifdref 0 Characteristic Ifdref2,I,I2,I3,I4,T,T2,T3,T4 OR Const M2 0 Const Ifdref3 Switch Ifdlimp 2 Const Ifdref4 (+stb)/(+sta) Tlag,Tlead Com 0 [Kp+Ki/s] Kpifd,Kiifd Ifdlimn Switch voel 2 Const Ifdadvlim Gráfico 3. Modelo de limitador de subexcitación, OEL CTTAR 27

28 El modelo de OEL de CTTAR, incluye las funciones disponibles de ajuste del EX2000, así como los distintos niveles de activación, y características de decaimiento de corriente en tiempo inverso. A pesar de todas estas funcionalidades disponibles, se tiene que en CTTAR el ajuste del limitador se entra en un solo nivel y con una temporización de cero, por lo que la respuesta dinámica del limitador es conceptualmente parecida a una función tipo escalón. Se presenta en el Gráfico 32 la homologación del OEL de CTTAR. En el Gráfico 32 si bien no se aprecia una similitud grande en el inicio del transitorio de la potencia reactiva, se considera que el limitador se encuentra bien ajustado en el modelo matemático, ya que la forma de la corriente de excitación se asemeja a una función escalón con muy poca sobreoscilación. Reducir, aún más la sobreoscilación implicarían ajustes en el modelo que se encontrarían fuera de rangos normales. Por otro lado el transitorio del modelo de red equivalente debe ser comparado de manera referencial con la respuesta medida en el sistema de potencia, la cual incluye dinámicas de plantas de generación cercanas que están compensando la inyección de reactivo y por tanto afectando la relación inyección de reactivo/incremento de tensión. Por lo expuesto se considera que la parametrización del modelo del OEL es satisfactoria.,03 5,00,02 0,00,0 5,00,00 0,00 0,99-5,00 0,98-0,000 5,598,20 6,79 TARAPACA 50 MW: Terminal Voltage in p.u. Compare Signals: input, measured 22,39 27,99-0,00-0,000 2,285 3,00 [p.u.] [p.u.] 2,260 2,80 2,235 2,60 2,20 2,40 2,85 2,20 2,60-0,000 5,598,20 6,79 TARAPACA 50 MW: Excitation Current 22,39 27,99 2,00 0,00 Los parámetros del limitador de funciones no utilizadas se anularon parametrizando el modelo de forma que no interfieran en la respuesta y que sean numéricamente estables. Los parámetros del AVR y OEL se prestan en la Tabla s Mvar 5,598,20 6,79 TARAPACA 50 MW: Reactive Power in Mvar Compare Signals: input 2, measured 22,39 27,99 2,00 4,00 6,00 TARAPACA 50 MW: Excitation Voltage 8,00 0,00 Unidad Carbón CTTAR 50 MW plots AVR Validación OEL Date: 2/28/205 Annex: / Gráfico 32 - Homologación del limitador de sobreexcitación (OEL). 28

29 Tabla 5. Parámetros Sistema de Excitación y OEL, unidad CTTAR Name Tr Ka Ta Kpr Kir Ifdadvlim M2 Ifdref3 Ifdref4 Kpifd Kiifd Tlag Tlead Ifdref Ifdref2 I I2 I3 I4 T T2 T3 T4 Krcc Kvhz M V_min Vrmin Ifdlimn V_max Vrmax Ifdlimp Parámetros Sistema Excitación CTTAR (Incluye OEL) OEL Prueba OEL Servicio Unit Description Value Value 0,0 0,0 Measurement Delay,3,3 [pu] Exciter Gain 0,0 0,0 Exciter Time Constant 0,42 0,42 [pu] Proportional gain 0,42 0,42 [/s] Integral gain 2,26 4,56343 [pu] Advance field current limit OEL enable flag [[0/]] 2,26 4, [pu] Field current 3rd reference 2,26 4, [pu] Field current 4th reference 7 7 [pu] Proportional gain [/s] Integral gain,2 Field current limiter time constant,245 Field current limiter time constant 2 2 [pu] Field current st reference [pu] Field current 2nd reference [pu] Current value [pu] Current value [pu] Current value [pu] Current value Time value Time value Time value Time value 0,04 0,04 [pu] Volt/reactive current gain,32,32 [pu] Volt/Hz gain Gate 2 enable flag [[0/]] -0-0 [pu] Maximum negative output Excitation -0-0 [pu] Controller Minimum Output -2,26-4,56343 [pu] Minimum output 0 0 [pu] Maximum output Excitation 0 0 [pu] Controller Maximum Output 2,26 4,56343 [pu] Maximum output En la Tabla 5 se tienen dos columnas de parámetros. Una de ellas corresponde a los valores utilizados para la homologación, ya que se alteraron valores del limitador de sobreexcitación. La columna indicada como OEL Servicio es aquella que contiene los parámetros actuales en funcionamiento Limitador de subexcitación (UEL) En el caso del limitador de subexcitación se implementa la malla de control presentada en el Gráfico 33. El limitador consiste en una malla que en función a la tensión y potencia activa obtiene un valor de potencia reactiva como referencia para la limitación. El error de potencia reactiva pasa por un controlador tipo PI y la salida limita directamente la señal de disparo de ángulo de tiristores, mediante una compuerta de valor mínimo. 29

30 uel_cttar: 0 UelMax Qg 0 - qgt err UelMax yi3 {K(+sT)/(sT)} Kuel,Tuel yi4 Limiter UelMin 9999 UelMin vuel Limiter 0 sgnn(.. UelRe.. Pg 2 pgt pgm /(+st) Trp /(+st) Tfp yi ABS p q_vs_p array_q_vs_p q o4 Const 0 yi Limiter o /(+st) Tru um /(+st) Tfu yi6 0. UelRefMax o Limiter o2(.. o() ut o sgnn 2 3 yi2 3 UelRefMin Gráfico 33. Modelo de limitar de subexcitación, UEL CTTAR 3,48,04 4,482,02-4,56,00-3,5 0,98-22,5 0,96-3,5 0,000 2,00 24,00 36,00 TARAPACA 50 MW: Reactive Power in Mvar Compare Signals: input 2, measured 47,99 59,99 0,94 0,000 2,40 3,20 [p.u.] [p.u.] 2,30 2,80 2,20 2,40 2,0 2,00 2,00,60,90 0,000 2,00 24,00 36,00 TARAPACA 50 MW: Excitation Current 47,99 59,99,20 0,000 En el Gráfico 34 se presenta la validación del lazo limitador de subexcitación. En la señal de corriente de excitación se observa claramente el comportamiento de la malla del limitador. 2,00 24,00 36,00 TARAPACA 50 MW: Terminal Voltage in p.u. Compare Signals: input, measured 47,99 59,99 2,00 24,00 36,00 TARAPACA 50 MW: Excitation Voltage 47,99 59,99 Unidad Carbón CTTAR 50 MW plots AVR Validación UEL Date: 2/28/205 Annex: / Gráfico 34. Homologación del limitador de subexcitación CTTAR. 30

31 La relación de la potencia reactiva y tensión terminal del modelo de simulación y la obtenida en mediciones de campo se comparan en el Gráfico 34. Si bien el modelo no se encuentra implementado de la misma manera exactamente que el informado por el fabricante, la respuesta dinámica del limitador de baja excitación ha mostrado un buen desempeño en el proceso de homologación. Por otro lado, conceptualmente corresponde a un limitador en función a potencia reactiva y tensión tipo PI limitado, acondicionado para ingresar como suma en la referencia del controlador principal. En la Tabla 6 se presentan los parámetros del modelo de UEL de CTTAR. Los parámetros que deben ser utilizados para simulaciones en el sistema de potencia son los marcados como En servicio, ya que los valores En Prueba, corresponden a los límites alterados durante la prueba de homologación. Tabla 6. Parámetros UEL CTTAR Parámetros UEL CTTAR Name Value Unit Description Tru 0,02 Cte. de tiempo medición de tensión Tfp Cte. de tiempo filtro medición de potencia Trp Cte. de tiempo medición de potencia Tfu 0,02 Cte. de tiempo filtro medición de tensión Kuel 0,25 [p.u.] Ganancia UEL Tuel 7 Cte. tiempo acción integral UEL UelMin 0 [p.u.] Mínima salida UEL UelRefMin -2 [p.u.] Mínima referencia UEL UelMax 0,25 [p.u.] Máxima salida UEL UelRefMax 2 [p.u.] Máxima referencia UEL Parámetros Matriz UEL CTTAR En Prueba En servicio Pa q q2 0-0, , ,3-0, , ,6-0, , ,897-0, ,887204,2 0, , Regulador de velocidad El regulador de velocidad se implementa en el PF de acuerdo a lo presentado en el Gráfico 35 y Gráfico 36. En la parte superior del Gráfico 35 se tiene la malla de control por desvío de velocidad, luego dicha señal se suma al error en la referencia de presión, y opera la señal de control hacia la válvula de vapor. Se ha implementado un bloque de retardo, ya que durante la homologación se vio que era necesario. Luego se tiene el servomecanismo de la válvula de control e inician las diferentes etapas de presión de la turbina a vapor. En referencia a la retroalimentación de potencia eléctrica es una función que opera cuando la unidad se encuentra debajo de 00 MW, en ese caso el factor cambia de 0.86 a 0.5. El modelo en general del TGOV5 está ajustado para operar de 00 MW hacia el límite superior. El modelo TGOV5 si bien es un modelo que incluye varios aspectos de una central a vapor es una simplificación de procesos bastante complejos. El comportamiento del sistema es muy distinto en puntos de operación de baja carga. 3

32 gov_tgov5_cttar: IEEE Type Speed-Governing Model Modified to Include Boiler Controls yi5(.. 0 wref yi w yi5 DBand dband o2 /(+st) T7 - yi0 4.8 o4 Limiter yi9 yi Limiter -0 o3-0.5 K K5 o5 Const 0.89 o6 Const yi2 e^st retardo pthp yi /K T3 Uc x0 Vmin o3 yi4 x /(+st>0) T4 mst /(+st) T5 x2 0 Pt/Pturb cosnhp PNhp pt 2 yi8 yi6(.. Vmax yi3 {/s} yi6 /(+st) T6 x3 x4 yi7(.. o yi2 Limiter mst(.. Uo - pturbhp K K7 o7 K K5 PT() o3(.. K K3 K K o2 o0 o o6 o yi7 /(+st) T7 x5 P0 mst(2.. sgnn 2 cosn PT sgnn(.. cosn(.. 3 Rmax,Lmax,Cmax pgt fe df - 0 f0 5 pgen PMW->Ppu PNhp psetp c2 c Boiler Control B,K3,K2,Kmw,Tmw,K4,Kl,Dpe,Ki,Ti,Tr,Tri,K9,Cb,Tf,Tw,Td,K,K0,C,Psp,C2,C3 4 5 Rmin,Lmin,Cmin Gráfico 35. Modelo GOV Tarapacá, CTTAR En el Gráfico 36 se tiene un modelo estándar de caldera de vapor incluidos controles. La ventaja del modelo es que se puede parametrizar para que los controles sean estáticos y contiene las dinámicas necesarias para representar el almacenamiento de vapor del domo y su capacidad de sostener presión de vapor. Numéricamente es un modelo estable, ya que fue desarrollado con la intención de operar en plataformas matemáticas para simulación dinámicas de sistema de potencia. 32

33 Boiler Control: pgen 0 psetp.. Limiter obc K K2 yibc pdesi.. K K3 o6bc PSP(.. Cmax PSP {K(+sT)(+sT2)/(s(+sT3))} Ki,Ti,Tr,Tri Cmin PT() - PD ms(2) xf xf2 e(-std)/((+st)(+st)) Tf,Tw,Td ms PT - xri xri2 K K0 5 ms(3) PE o3bc o6bc K K xl Dband(K) Dpe yi7bc c3 Lmin 0 K Kl o5bc pctrl 4 Po {/s} Rmin o9bc o4bc 3 c2 K K4 - o0bc - o2bc - obc o23bc pdesired Lmax o22bc - Rmax o7bc PD() K K9 o9bc - c Const C yi8bc /st Cb psetp 2 xmw PE() o8bc K B K/(+sT) Kmw,Tmw df - ms() Gráfico 36. Modelo Caldera Turbina a Vapor, CTTAR. En el caso de CTTAR, se tiene que el control de cantidad de calor de ingreso a la caldera es manual por lo que se parametrizan las ganancias de los sistemas de control ki y k0 a cero; por otro lado la toma de carga en la central se realiza en forma manual, por lo que la ganancia por consigna de potencia k es igual a 0. En el Gráfico 37 se presenta la homologación de CCTAR a partir del ensayo de escalón en la referencia de velocidad del CPF, con la unidad con carga. Se presentan las señales de potencia activa, posición de válvula # 3 y presión de vapor al ingreso de la turbina de alta presión. El ajuste del modelo se centra en las caídas de presión y la dinámica de la malla de control combinada de desvío de velocidad y presión. En el momento de la prueba el control de la caldera, esta se mantuvo alimentada con la misma cantidad de calor. El desvío de velocidad inyectado fue permanente y luego se lo retiró, momento en que se produce la respuesta de flanco negativo. Este comportamiento obedece a los lazos superpuestos de control de presión y de desvío de velocidad. 33

34 7,00 2,00 07,00 02,00 97,00 92,00 700,25 022,7 345, 667,5 989,9 232,3 022,7 345, 667,5 989,9 232,3 022,7 345, 667,5 989,9 232,3 TARAPACA 50 MW: Positive-Sequence, Active Power in MW Compare Signals: input, measured 0,48 [-] 0,46 0,44 0,42 0,40 0,38 700,25 Compare Signals: input 2, measured TGOV5: o3,05 [-],03,0 0,99 0,97 0,95 700,25 Compare Signals: input 3, measured TGOV5: PT plots GOV Unidad Carbón CTTAR 50 MW Validación GOV Date: 2/28/205 Annex: /3 Gráfico 37 - Homologación del regulador de velocidad en carga.,00325,00200, , , , ,000 46,25 45,00 43,75 42,50 4,25 40,00 0,000 En el Gráfico 38 se presenta la homologación del modelo de gobernador de CTTAR en lazo abierto, mediante inyección de señal de velocidad. Se observa que en las variaciones grandes de frecuencia la respuesta del modelo es más clara, así como la coincidencia entre curvas medidas y simuladas. 90,00 TGOV5: w Compare Signals: input 4, measured 80,0 270,0 360,0 450,0 90,00 80,0 Compare Signals: input, measured TARAPACA 50 MW: Positive-Sequence, Active Power in MW 270,0 360,0 450,0 0,6 [-] 0,59 0,589 [-] 0,584 0,57 0,579 0,55 0,574 0,53 0,5 0,000,04 [-],03,02,0,00 0,99 0,000 0,569 90,00 Compare Signals: input 2, measured 80,0 90,00 Compare Signals: input 3, measured TGOV5: PT 80,0 270,0 TGOV5: o3 270,0 360,0 0, ,0 360,0 450,0 Unidad Carbón CTTAR 50 MW plots GOV Validación GOV Open Loop Date: 2/28/205 Annex: /3 Gráfico 38 - Homologación del regulador de velocidad en carga (CPF) Ha sido necesario incluir un bloque con retardo de 5 s, para igualar de mejor manera la 34

35 respuesta medida y simulada, caso contrario se presentaba el resultado desplazado. En cuanto a la señal de presión medida y simulada del Gráfico 38 se tiene que la presión medida se incrementaba. Esto es debido al ajuste manual previo a la prueba, el cual no se encontraba estabilizado del todo y la presión se encontraba en una trayectoria ascendente cuasi estática, sin embargo si se toma en cuenta una trayectoria recta para la presión medida la coincidencia entre curvas es alta. Se considera la respuesta del modelo de simulación presentado para la unidad CTTAR como satisfactoria. En la Tabla 7 se presentan los parámetros del modelo homologado. Tabla 7. Parámetros GOV CTTAR. Name dband T3 K K2 T5 K3 K4 T6 K5 T7 K6 T4 T7 K7 K8 PNhp PNlp B K3 K2 Kmw Tmw K4 Kl Dpe Ki Ti Tr Tri K9 Cb Tf Tw Td K K0 C Psp C2 C3 K5 retardo Uc Vmin Rmin Lmin Cmin Uo Vmax Rmax Lmax Cmax Value Unit [p.u.] [p.u.] 0 [p.u.] [p.u.] 0 [p.u.] [p.u.] 47 0 [p.u.] [p.u.] 0 [p.u.] 50 [MW] 0 [MW] 0 [pu] [-] [-] [-] 0 5 [-] [-] 0.00 [pu of Pres] 0 [pu] [-] [-] 0 [-].2 [-] [pu] 0.5 [-] [-] 0 [pu] [p.u./s] 0 [p.u.] -0.3 [pu/s] 0 [pu] 0 [pu] [p.u./s] [p.u.] 0.3 [pu/s] [pu].2 [pu] Parámetros Modelo GOV CTTAR Description Banda Muerta Servo Time Constant High Pressure Turbine Factor High Pressure Turbine Factor Intermediate Pressure Turbine Time Constant Intermediate Pressure Turbine Factor Intermediate Pressure Turbine Factor Medium Pressure Turbine Time Constant Medium Pressure Turbine Factor Speed Ctrl. Time Constant Medium Pressure Turbine Factor High Pressure Turbine Time Constant Low Pressure Turbine Time Constant Low Pressure Turbine Factor Low Pressure Turbine Factor HP Turbine Rated Power(=0->PNhp=PgnnHp) LP Turbine Rated Power(=0->PNlp=Pgnnlp) The frequency bias for load reference control. The gain between MW demand and pressure set point. The gain for pressure error bias. The gain of the MW transducer (0 or ). The MW transducer time constant Inverse of load reference servomotor time constant (= 0.0 if load reference does not change). The feedback gain from the load reference (0 or ). The deadband in the pressure error signal for load reference control The controller integral gain. The controller proportional lead time constant The controller rate lead time constant The inherent lag associated with lead TR The adjustment to the pressure drop coefficient as a function of drum pressure. The boiler storage time constant The fuel and air system time constant Fuel flow time constant The time delay in the fuel supply system The gain of anticipation signal from load demand. The gain of anticipation signal from main stream flow. The pressure drop coefficient. The initial throttle pressure set point. The gain for the pressure error bias. The adjustment to the pressure set point. The gain of the dw signal Delay in the control valves system Valve Closing Time Minimum Gate Limit The load reference negative rate of change limit The minimum load reference. The minimum controller output. Valve Opening Time Maximum Gate Limit The load reference positive rate of change limit The maximum load reference. The maximum controller output. 35

36 9. IMPLEMENTACIÓN EN BASE DE DATOS DEL CDEC SING Una vez homologado el modelo completo de CTTAR, dichos modelos fueron incluidos en la base de datos del CDEC-SING. Los parámetros introducidos a cada modelo corresponden a los homologados para simulaciones en el sistema de potencia. Los frames o marcos utilizados para conectar los modelos dinámicos a la red eléctrica son de formato estándar y se presenta en Anexo el diagrama correspondiente al marco. Para comprobar el funcionamiento del modelo validado en términos de estabilidad transitoria y oscilatoria, se aplica la siguiente hipótesis de falla. T=0 s, falla trifásica franca en el 50 % de la línea Tarapacá - Lagunas 220 kv. T=0,5 s, despeje trifásico en ambos extremos de la línea en falla. 400,00,35 [MW] [p.u.] 300,00 200,00.40 s MW s MW,0 0,892 [p.u.] s.095 p.u. 0,89 0,85 0,890 00,00 0,60 0,889 0,00 0,35-00,00-0,500,599 3,698 5,797 7,897 9,996 CTTAR: Active Power 0,0-0, ,00 6,25 [Mvar] [p.u.] 200, s Mvar 5,00 0, s p.u.,599 3,698 5,797 7,897 9,996 CTTAR: Terminal Voltage 0,887-0,500 [-] 0.50 s p.u. 4.56E+0.. 3, E+0.. 0,00 2, E+0.., E ,00-0, s Mvar,599 3,698 5,797 7,897 9,996 CTTAR: Reactive Power 0,00-0,500,599 3,698 5,797 7,897 9,996 CTTAR: Excitation Voltage Modelo Matemático Dinámico Validado CTTAR. Funcionamiento en Red Completa,599 3,698 5,797 7,897 9,996 CTTAR: Turbine Power 4.56E ,00-00,00 Los resultados se presentan en el Gráfico 39 y en el Gráfico E ,500,599 3,698 5,797 EX2000: OEL EXC. CTTAR Demanda Alta Falla 3F Cercana-HV 7,897 9,996 Date: 2/28/205 Annex: /6 Gráfico 39. Comportamiento modelo homologado en la red del SING, CTTAR. En la respuesta del Gráfico 39 se observa una acción de control en el voltaje de campo de CTTAR. La respuesta de la potencia reactiva de CTTAR corresponde a la reacción de armadura y posterior incremento en la tensión de excitación, luego de retirarse la falla. El limitador de sobreexcitación no opera ya que su referencia es la corriente de campo que no supera el valor de arranque de 4,56 p.u. El modo de oscilación que se observa en la potencia activa corresponde a una frecuencia de oscilación de Hz y la frecuencia de oscilación medida en los ensayos fue de, Hz. En la potencia mecánica de la turbina se observa una variación amortiguada de un sistema de órdenes superiores, no lineales y relativamente lentos, con un periodo de 5 s aproximadamente. 36

37 50, ,00 [Hz] [kv] 50, ,00 50, ,00 50,25 50,00 50,000 50,00 49,875-0,500,599 3,698 5,797 7,897 CAT\C. Atacama : Electrical Frequency CRU\Crucero 220 kv B: Electrical Frequency TAR\Tarapacá 220 B: Electrical Frequency 9, ,00-50,00-0,500,599 3,698 5,797 7,897 CAT\C. Atacama : Line-Line Voltage, Magnitude CRU\Crucero 220 kv B: Line-Line Voltage, Magnitude TAR\Tarapacá 220 B: Line-Line Voltage, Magnitude 9,996,599 3,698 5,797 7,897 Central Angamos: Interchange Flow (Active Power) Central Mejillones: Interchange Flow (Active Power) Central Tocopilla: Interchange Flow (Active Power) Central Norgener: Interchange Flow (Active Power) : Interchange Flow (Active Power) 9,996.0E+00.. [Mvar] [MW] 500,00 7.5E ,00 5.0E ,00 2.5E ,00 0.0E ,00-0,500,599 3,698 5,797 7,897 Central Angamos: Interchange Flow (Reactive Power) Central Mejillones: Interchange Flow (Reactive Power) Central Tocopilla: Interchange Flow (Reactive Power) Central Norgener: Interchange Flow (Reactive Power) : Interchange Flow (Reactive Power) 9, E ,500 Modelo Matemático Dinámico Validado CTTAR. Funcionamiento en Red Completa SING DYN Date: 2/28/205 Demanda Alta 205 Falla 3F en HV Annex: /5 Gráfico 40. Comportamiento modelo homologado en la red del SING, SING. En el Gráfico 40 se observa que en el SING la perturbación no es significativa. Para comprobar el funcionamiento del modelo validado en términos de estabilidad dinámica, se aplica la siguiente hipótesis de falla. T=0 s, desconexión de la unidad NTO2 con 35 MW. Los resultados se presentan en el Gráfico 4 y Gráfico

38 [MW] 49,00 5,50 0, s MW [p.u.] s 0.93 p.u. 0, s MW 46, s MW 44,00 0,90 4,50 39,00-5,000 50,25 [Hz] 0,88 0,000 25,00 CTTAR: Active Power 40,00 55,00 70,00 0,86-5,000 0,000 25,00 CTTAR: Turbine Power 40,00 55,00 70,00 55,00 70,00 [-], s Hz 49, s 0.987,00 49,750 49,500-5, s p.u., s Hz 50,000 49, s 0.90 p.u. 0,92 0,99 0, s Hz 0,000 25,00 40,00 CTTAR: Electrical Frequency 55,00 70,00 0,97-5,000 Modelo Matemático Dinámico CTTAR. Funcionamiento en Modelo de Red Completa 0,000 TGOV5: PT 25,00 40,00 GOV. CTTAR Demanda Alta 205 Disparo NOT0 Date: 2/29/205 Annex: /7 Gráfico 4. Comportamiento modelo homologado en la red del SING, CTTAR. En el Gráfico 4 se observa la reacción de la potencia mecánica de CTTAR ante una variación intempestiva en la frecuencia del orden de mhz. La respuesta de la unidad tiene un retardo en el que no hay acción de control de válvulas de vapor, tiempo en el que desacelera el rotor y se pierde algo de potencia mecánica, luego reaccionan las válvulas de control de caudal de vapor con la pendiente de movimiento permitida para llegar a tomar +5,87 MW efectivos. La caída rápida de presión hace operar el lazo superpuesto de control de presión retornando la potencia activa a un valor cercano al de pre falla. La turbina a vapor demora aproximadamente 0 s luego del retardo de 5 s en liberar su potencia mecánica de reserva. En el transitorio de presión se tiene una variación máxima de -2 % y un valor final de %. Se ha calculado un estatismo permanente de 24,5 % para la respuesta obtenida en el Gráfico 4. 38

39 23,00 [Hz] [kv] 50, ,00 49, ,00 49, ,00 49, ,00 49,500-5,000 0,000 25,00 40,00 55,00 CAT\C. Atacama : Electrical Frequency CRU\Crucero 220 kv B: Electrical Frequency TAR\Tarapacá 220 B: Electrical Frequency 70,00 22,00-5, ,00 30,00 [MW] [Mvar] 800,00 0,00 600,00-30,00 400,00-60,00 200,00-90,00 0,00-5,000 50,25 0,000 25,00 40,00 55,00 Central Angamos: Interchange Flow (Active Power) Central Mejillones: Interchange Flow (Active Power) Central Tocopilla: Interchange Flow (Active Power) Central Norgener: Interchange Flow (Active Power) : Interchange Flow (Active Power) 70,00-20,00-5,000 0,000 25,00 40,00 55,00 CAT\C. Atacama : Line-Line Voltage, Magnitude CRU\Crucero 220 kv B: Line-Line Voltage, Magnitude TAR\Tarapacá 220 B: Line-Line Voltage, Magnitude 70,00 0,000 25,00 40,00 55,00 Central Angamos: Interchange Flow (Reactive Power) Central Mejillones: Interchange Flow (Reactive Power) Central Tocopilla: Interchange Flow (Reactive Power) Central Norgener: Interchange Flow (Reactive Power) : Interchange Flow (Reactive Power) 70,00 Modelo Matemático Dinámico CTTAR. Funcionamiento en Modelo de Red Completa Frecuencia Demanda Alta 205 Disparo NOT0 Date: 2/29/205 Annex: / Gráfico 42. Comportamiento modelo homologado en la red del SING, CTTAR. En el Gráfico 42 se observa que en el SING la perturbación no es significativa. 39

40 ANEXO I PARÁMETROS MÁQUINA SÍNCRONA 40

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