AEL-LPSG Aplicación de Generadores Síncronos de Baja Potencia

LOW POWER SYNCHRONOUS GENERATORS APPLICATION - AEL-LPSG

SISTEMAS INNOVADORES

La Aplicación de Generadores Síncronos de Baja Potencia, "AEL-LPSG", ha sido diseñada para el estudio del procedimiento y lasmaniobras necesarias para la sincronización de generadores síncronos con la red, con el objetivo de verter la energía generada tal ycomo sucede en plantas de generación de potencia reales.

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Descripción General

La Aplicación de Generadores Síncronos de Baja Potencia, "AEL-LPSG", ha sido diseñada para el estudio del procedimiento y lasmaniobras necesarias para la sincronización de generadores síncronos con la red, con el objetivo de verter la energía generada tal ycomo sucede en plantas de generación de potencia reales.

La aplicación "AEL-LPSG" 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 incluye un generador síncrono acoplado a un motor (quehará de fuerza motriz, simulando una turbina) junto una serie de módulos tales comoun transformador monofásico, un convertidor CA/CC y un regulador de voltaje queconforman el circuito de excitación del generador. También incluye un controladorde motores para el control de la velocidad del grupo turbina-generador, un relé desobrecorriente analógico como dispositivo de protección de la red y un analizadorde redes para la monitorización de los parámetros eléctricos de la generación talescomo las potencias activa y reactiva generadas, frecuencia, tensión, corriente, factorde 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 un módulo generador de señales PWM para el control de la corriente de excitación (y por tanto la tensiónde salida) del generador síncrono. Esto implica también la posibilidad de realizar los diferentes ensayos de vacío, carga y cortocircuitoorientados a la obtención de las curvas características y del circuito equivalentedel generador síncrono. Este kit también incluye un módulo de sincronización quepermitirá al usuario monitorizar y llevar a cabo el proceso de sincronización de maneramanual. Para ello, el módulo de sincronización manual dispone de dos voltímetrosanalógicos (tensión de red y de generación), dos frecuencímetros (frecuencia de redy de generador), un sincronoscopio digital y dos pulsadores para el cierre y aperturadel interruptor de sincronismo.

La segunda opción, el módulo de control automático de generadores síncronos, ofrece la posibilidad de controlar automáticamente todoslos parámetros eléctricos y mecánicos del grupo turbina-generador. Los parámetros de control más relevantes son la velocidad de laturbina, la frecuencia del generador, la corriente de excitación, la tensión en bornesdel generador y las potencias activa, reactiva y aparente. Además, este módulo decontrol es a su vez una protección avanzada de generadores y turbinas. Cumplecon la norma ANSI en lo relativo a los parámetros de protección de generadores yturbinas (ANSI 81O, ANSI 81U, ANSI 59, ANSI 27, ANSI 50/51, ANSI 32R/F, ANSIIOP 32, ANSI MOP 32, ANSI 46, Asimetría de Voltaje, Falta a Tierra del Generador,Rotación de Fases, ANSI IEC 255, Retardo del Facto de Potencia del Generador,entre otras). Se requiere adquirir al menos una de las dos opciones previamente descritas para poder trabajar con los módulos incluidosen la unidad base.

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 de excitación del generador.

La aplicación "AEL-LPSG" 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 delgenerador, observar los huecos de tensión, las pérdidas de energía en las redes de transmisión y las caídas de tensión. Además permiteguardar todos los datos para verlos y compararlos más tarde. Es posible ver de una forma clara y precisa los efectos de la compensaciónde reactiva en las curvas de potencia monitorizadas, los máximos y mínimos de la demanda de energía, los desbalances de carga y lasvariaciones del factor de potencia en los nodos del sistema.

EJERCICIOS Y PRÁCTICAS GUIADAS

MÁS EJERCICIOS PRÁCTICOS QUE PUEDEN REALIZARSE CON ESTE EQUIPO

Algunos ejercicios prácticos con el kit para el control manual del grupo motor-generador, LPSG-K1:

  1. Control manual de la frecuencia del grupo motor-generador.
  2. Generación de señales PWM y control del ciclo de trabajo de las mismas.
  3. Montaje del circuito de excitación estática autoexcitada.
  4. Control manual de la tensión del generador mediante el control de la corriente de excitación por medio de señales PWM.
  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 potencias 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. Se requieren los módulos N-MED11 y N-MED22.
  13. Obtención empírica de la característica de vacío del generador síncrono, E= f (Iexc). Zona lineal y zona de saturación. Se requieren los módulos N-MED11 y N-MED22.
  14. Ensayo de cortocircuito del generador síncrono. Se requieren los módulos N-MED11 y N-MED22.
  15. Obtención empírica de la característica de cortocircuito del generador síncrono. Se requieren los módulos N-MED11 yN-MED22.
  16. Cálculo del diagrama de Poitier. Se requieren los módulos N-MED11 y N-MED22.
  17. Cálculo de la impedancia síncrona del generador síncrono. Se requieren los módulos N-MED11 y N-MED22.
  18. Obtención del circuito equivalente del generador síncrono. Se requieren los módulos N-MED11 y N-MED22.
  19. Cálculo de los limites de capacidad del generador síncrono.Se requieren los módulos N-MED11 y N-MED22.
  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.

Algunos ejercicios prácticos con el módulo para el control 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 sincrono 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.

Algunos ejercicios prácticos con el kit para la operación del 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 las 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).

Algunos ejercicios prácticos con 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 en isla.
  3. Configuración del relé de protección diferencial.
  4. Estudio del esquema para la protección diferencial del generador 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 sobrecorriente instantánea (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. Análisis transitorio de la inyección de faltas mediante el software del fabricante del relé diferencial.

Algunos ejercicios prácticos con la protección frente a derivación 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.

Algunos ejercicios prácticos con el filtro de armónicos trifásico,N-THF01:

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

Algunos ejercicios prácticos con el Software de Adquisición de Datos 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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