AEL-HPSG Aplicación de Generadores Síncronos de Alta Potencia

HIGH POWER SYNCHRONOUS GENERATORS APPLICATION - AEL-HPSG

SISTEMAS INNOVADORES

La Aplicación de Generadores Síncronos de Alta Potencia, "AEL-HPSG", ha sido diseñado por Edibon para el estudio del procedimientoy las maniobras necesarias para la sincronización de generadores síncronos con la red, con el objetivo de verter la energía generada taly como sucede en plantas de generación de potencia reales.

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Descripción General

La Aplicación de Generadores Síncronos de Alta Potencia, "AEL-HPSG", ha sido diseñado por Edibon para el estudio del procedimientoy las maniobras necesarias para la sincronización de generadores síncronos con la red, con el objetivo de verter la energía generada taly como sucede en plantas de generación de potencia reales.

La aplicación "AEL-HPSG" permite al usuario profundizar en el funcionamiento y control de generadores síncronos para demostrar paso apaso el proceso de sincronización con la red eléctrica. Para ello, la aplicación incluyeun generador síncrono acoplado a un motor (que hará de fuerza motriz, simulandouna turbina) junto a una serie de módulos tales como un transformador monofásico,un convertidor CA/CC y un regulador de voltaje que conforman el circuito deexcitación del generador. También incluye un relé de sobrecorriente analógico comodispositivo de protección de la red y un analizador de redes para la monitorización delos parámetros eléctricos de la generación tales como las potencias activa y reactivageneradas, frecuencia, tensión, corriente, factor de potencia, etc.

Esta aplicación ofrece dos posibilidades para el control del grupo de generación. La primera opción, el kit de control manual degeneradores síncronos, incluye módulos para el control de la velocidad del motor (turbina) y un módulo generador de señales PWM parael control de la corriente de excitación (y por tanto la tensión de salida) del generadorsíncrono. Esto implica también la posibilidad de realizar los diferentes ensayos devacío, carga y cortocircuito orientados a la obtención de las curvas características ydel circuito equivalente del generador síncrono. Este kit también incluye un módulode sincronización que permitirá al usuario monitorizar y llevar a cabo el proceso desincronización de manera manual. Para ello, el módulo de sincronización manualdispone de dos voltímetros analógicos (tensión de red y de generación), dos frecuencímetros (frecuencia de red y de generador), unsincronoscopio digital y dos pulsadores para el cierre y apertura del interruptor de sincronismo.

La segunda opción, el módulo de control automático de generadores síncronos, ofrece la posibilidad de controlar automáticamentetodos los parámetros eléctricos y mecánicos del grupo turbina-generador. Losparámetros de control más relevantes son la velocidad de la turbina, la frecuenciadel generador, la corriente de excitación, la tensión en bornes del generador y laspotencias activa, reactiva y aparente. Además, este módulo de control es a su vezuna protección avanzada de generadores y turbinas. Cumple con la norma ANSIen lo relativo a los parámetros de protección de generadores y turbinas (ANSI 81O,ANSI 81U, ANSI 59, ANSI 27, ANSI 50/51, ANSI 32R/F, ANSI IOP 32, ANSI MOP32, ANSI 46, Voltage Asymmetry, Generator Ground Fault, Phase Rotation, ANSI IEC 255 , Generator Lagging Power Factor, entre otras).

Se requiere adquirir al menos una de las dos opciones previamente descritas para poder trabajar con los módulos incluidos en la unidadbase.

Para adquirir una mayor experiencia en el estudio de generadores síncronos, se recomienda adquirir un conjunto de cargas resistivas einductivas con el objetivo de estudiar la operación del generador síncrono en isla (aislado de la red nacional). Estas cargas permitirán alusuario profundizar en conceptos básicos sobre el comportamiento de los generadores síncronos bajo carga, tales como generación ydemanda en sistemas aislados, caídas de tensión o el control de la tensión de salida mediante la regulación de la corriente de excitación.

También se recomienda adquirir un kit para el estudio de la inyección de faltas en generadores síncronos, conformado por un relé deprotección diferencial avanzado de programación numérica configurable que permite demostrar las características de la proteccióndiferencial trifásica, dos módulos interruptores de potencia como elementos de corte, un módulo de inyección de faltas para la inserciónde faltas monofásicas, bifásicas o trifásicas, a tierra, y un módulo de inductancias trifásicas como elemento amortiguador de faltas en elinducido del generador.

Además, se recomienda un módulo de protección del rotor para el estudio de faltas en la excitación del generador síncrono y un filtro dearmónicos trifásico para la reducción de los armónicos resultantes de la regulación de la corriente excitación del generador.

La aplicación "AEL-HPSG" es una de las más completas y versátiles para el estudio en profundidad de los generadores síncronos, tanto enmodo isla como en modo paralelo con la red. Además, es compatible con cualquier equipo de líneas de transmisión de energía y esto leconfiere la posibilidad de estudiar el impacto de los generadores síncronos en redes reales, analizando situaciones como la transferenciade potencia entre varias máquinas trabajando en paralelo, desacoples repentinos de la red y sus consecuencias y un sinfín de maniobrasrelativas a los generadores eléctricos.

Finalmente, se recomienda para una gestión óptima de la aplicación el Software de Gestión de Energía y Adquisición de Datos, EMG-SCADA.

Esta fantástica herramienta permite al usuario monitorizar todas las curvas de los parámetros eléctricos de la red y del generador,observar los huecos de tensión, las pérdidas de energía en las redes de transmisión y las caídas de tensión. Además permite guardar todoslos datos para verlos y compararlos más tarde. Es posible ver de una forma clara y precisa los efectos de la compensación de reactiva en las curvas de potencia monitorizadas, los máximos y mínimos de la demanda de energía, los desbalances de carga y las variaciones delfactor de potencia en los nodos del sistema.

EJERCICIOS Y PRÁCTICAS GUIADAS

MÁS EJERCICIOS PRÁCTICOS QUE PUEDEN REALIZARSE CON ESTE EQUIPO

Posibilidades prácticas en caso de adquirir el kit para el controlmanual del grupo motor-generador, HPSG-K1:

  1. Control manual de la frecuencia del grupo motor-generador.
  2. Generación de señales PWM y control del ciclo de trabajo delas mismas.
  3. Montaje del circuito de excitación estática autoexcitada.
  4. Control manual de la tensión del generador mediante elcontrol de la corriente de excitación por medio de señalesPWM.
  5. Puesta en marcha manual del generador síncrono en vacío.
  6. Sincronización manual del generador síncrono con la red.
  7. Sincronización por el método de las lámparas apagadas.
  8. Sincronización por el método de las lámparas encendidas.
  9. Sicnronización por el método de dos lámparas apagadas y una encendida.
  10. Monitorización de los flujos de potencia inyectados a la red.
  11. Control de la potencia activa (P) y reactiva (Q) generadas en sincronismo con la red, mediante el control de la frecuencia y la corriente de excitación del generador respectivamente.
  12. Ensayo de vacío del generador síncrono.
  13. Obtención empírica de la característica de vacío del generador síncrono, E= f (Iexc). Zona lineal y zona de saturación.
  14. Ensayo de cortocircuito del generador síncrono.
  15. Obtención empírica de la característica de cortocircuito del generador síncrono.
  16. Cálculo del diagrama de Poitier.
  17. Cálculo de la impedancia síncrona del generador síncrono.
  18. Obtención del circuito equivalente del generador síncrono.
  19. Cálculo de los limites de capacidad del generador síncrono.
  20. Circuito lógico de control para la protección del generador en sincronismo con la red.
  21. Medida de la generación de armónicos producidos por la electrónica de potencia.

Posibilidades prácticas en caso de adquirir el módulo para elcontrol automático del grupo motor-generador, N-ERP-PGC01:

  1. Control automático de la frecuencia del grupo-motor generador.
  2. Montaje del circuito de excitación estática autoexcitada.
  3. Control automático ajustable de la tensión de salida del generador síncrono.
  4. Sincronización automática del generador síncrono con la red.
  5. Monitorización de los flujos de potencia inyectados a la red.
  6. Control automático ajustable de la potencia activa inyectada a la red.
  7. Circuito lógico de control para la protección del generador en sincronismo con la red.

Posibilidades prácticas en caso de adquirir el kit para la operacióndel generador en isla, RL-KIT-1:

  1. Operación en isla con control manual/automático del grupo motor-generador.
  2. Estudio de la generación y demanda en sistemas aislados.
  3. Estudio de la caídas de tensión en generadores síncronos y compensación mediante regulación manual/automática de la corriente de excitación del generador.
  4. Ensayo para la obtención de la característica externa del generador síncrono, V=f (I).

Posibilidades prácticas en caso de adquirir el kit para el estudio de faltas en generadores síncronos, GFS-KIT-1:

  1. Testeo de la protección de sobrecorriente con el generador en sincronismo con la red.
  2. Testeo de la protección de sobrecorriente con el generador enisla.
  3. Configuración del relé de protección diferencial.
  4. Estudio del esquema para la protección diferencial delgenerador síncrono en caso de falta.
  5. Estudio de faltas monofásicas, bifásicas y trifásicas, a tierra,con y sin impedancia.
  6. Estudio de la protección diferencial contra sobrecorrienteinstantánea (50P1H).
  7. Estudio de la protección diferencial contra sobrecorriente de tiempo definido (50P1).
  8. Estudio de la protección diferencial contra sobrecorriente de tiempo inverso (51P1).
  9. Estudio de la protección diferencial contra corriente de secuencia negativa de tiempo definido (50Q1).
  10. Estudio de la protección diferencial contra corriente de secuencia negativa de tiempo inverso (51Q1).
  11. Estudio de la protección diferencial contra sobrecorriente residual instantánea (50N1H).
  12. Estudio de la protección diferencial contra sobrecorriente residual de tiempo definido (50N1).
  13. Estudio de la protección diferencial contra sobrecorriente residual de tiempo inverso (51N1).
  14. Análisis transitorio de la inyección de faltas mediante elsoftware del fabricante del relé diferencial.

Prácticas posibles en caso de adquirir la protección frente aderivación para el rotor, N-REP:

  1. Estudio del esquema de la protección del rotor de un generador síncrono en caso de falta.
  2. Testeo de la protección del rotor frente a derivación a tierra.

Posibilidades prácticas en caso de adquirir el filtro de armónicos trifásico, N-THF01:

  1. Estudio y monitorización de los armónicos generados.
  2. Reducción de armónicos mediante filtro pasivo trifásico.

Algunos ejercicios prácticos con el Software de Adquisición deDatos y de Gestión de la Energía, EMG-SCADA:

  1. Control remoto manual de la tensión y la frecuencia del generador síncrono.
  2. Control remoto automático de la tensión y la frecuencia del generador síncrono.
  3. Sincronización remota automática del generador síncrono y la red.
  4. Monitorización en tiempo real de los valores y las formas de onda de frecuencia, corriente y tensión.
  5. Monitorización en tiempo real de las potencias activa, reactiva y aparente generadas.
  6. Visualización de los diagramas fasoriales de los parámetros eléctricos del sistema.
  7. Almacenamiento de datos y resultados obtenidos.
  8. Comparación de los resultados obtenidos.
  9. El usuario puede realizar otros ejercicios diseñados por él mismo.
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