Comprender a estabilidade de voltagem nos sistemas eléctricos: grandes vs. pequenas perturbacións e límites de estabilidade

Definición da estabilidade de voltagem

A estabilidade de voltagem nun sistema eléctrico define como a capacidade de manter voltaxes aceptables en todos os barramentos tanto nas condicións normais de operación como despois de sufrir unha perturbación. En operación normal, as voltaxes do sistema permanecen estables; no entanto, cando ocorre un fallo ou perturbación, pode xurdir a inestabilidade de voltagem, levando a un descenso progresivo e incontrolable da voltagem. A estabilidade de voltagem ás veces chámase "estabilidade de carga".

A inestabilidade de voltagem pode provocar o colapso de voltagem se a voltagem de equilibrio pos-perturbación preto das cargas cae por debaixo dos límites aceptables. O colapso de voltagem é un proceso no que a inestabilidade de voltagem resulta nun perfil de voltagem extremadamente baixo en partes críticas do sistema, podendo causar un apagón total ou parcial. Notablemente, os termos "inestabilidade de voltagem" e "colapso de voltagem" usan frecuentemente de xeito intercambiable.

Clasificación da estabilidade de voltagem

A estabilidade de voltagem clasifícase en dous tipos principais:

• Estabilidade de Voltagem ante Grandes Perturbacións: Refírese á capacidade do sistema para manter o control de voltagem despois de perturbacións significativas, como fallos do sistema, perda súbita de carga ou perda de xeración. Avaliar esta forma de estabilidade require analizar o rendemento dinámico do sistema durante un período de tempo suficientemente longo para ter en conta o comportamento de dispositivos como transformadores con cambio de toma sobrecarga, controles de campo de xeradores e limitadores de corrente. A estabilidade de voltagem ante grandes perturbacións estuda-se tipicamente mediante simulacións no dominio do tempo non lineal con modelización precisa do sistema.

• Estabilidade de Voltagem ante Pequenas Perturbacións: Un estado de operación dun sistema eléctrico presenta estabilidade de voltagem ante pequenas perturbacións se, despois de perturbacións menores, as voltaxes preto das cargas permanecen inalteradas ou quedan próximas aos seus valores anteriores á perturbación. Este concepto está estreitamente ligado ás condicións de estado estable e pódese analizar utilizando modelos de sistema de sinal pequeno.

Límite de Estabilidade de Voltagem

O límite de estabilidade de voltagem é o umbral crítico nun sistema eléctrico máis aló do cal ningún volume de inxección de potencia reactiva pode restaurar as voltaxes aos seus niveis nominais. Ata este límite, as voltaxes do sistema poden axustarse mediante inxeccións de potencia reactiva mantendo a estabilidade.A transferencia de potencia sobre unha liña sen perdas dáse por:

• onde P = potencia transferida por fase

• Vs = voltagem de fase no extremo de envío

• Vr = voltagem de fase no extremo de recepción

• X = reactancia de transferencia por fase

• δ = ángulo de fase entre Vs e Vr.

Dado que a Liña é sen perdas

Asumindo que a xeración de potencia é constante,

Para a máxima transferencia de potencia: δ = 90º, de tal xeito que cando δ→∞

A ecuación anterior determina a posición do punto crítico na curva de δ versus Vs, coa suposición de que a voltagem no extremo de recepción permanece constante.Un resultado semellante pódese derivar asumindo que a voltagem no extremo de envío é constante e tratando Vr como un parámetro variable ao analizar o sistema. Neste escenario, a ecuación resultante é

A expresión da potencia reactiva no barramento de recepción pode escribirse como

A ecuación anterior representa o límite de estabilidade de voltagem en estado estable. Indica que, no límite de estabilidade en estado estable, a potencia reactiva tende a infinito. Isto implica que a derivada dQ/dVr torna-se cero. Así, o límite de estabilidade do ángulo do rotor en condicións de estado estable coincide co límite de estabilidade de voltagem en estado estable. Ademais, a estabilidade de voltagem en estado estable tamén está influenciada pola carga.