TESIS
Diseño e Implementación de un sincronizador automático para los generadores de un micro red de laboratorio
Fecha
2018-05-07Registro en:
Martínez Salinas, Daniel. (2017).Diseño e Implementación de un sincronizador automático para los generadores de un micro red de laboratorio (Maestría en Ciencias en Ingeniería Eléctrica).Instituto Politécnico Nacional, Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidad Zacatenco, México.
Autor
Martínez Salinas, Daniel
Institución
Resumen
RESUMEN:
Actualmente, los generadores síncronos continúan siendo la principal fuente de
energía eléctrica de los sistemas eléctricos de potencia. Un aspecto de gran
importancia en la operación de los generadores síncronos es su conexión con el
sistema de potencia, un proceso que se conoce como sincronización. Para evitar daños
a los generadores y lograr una sincronización exitosa, es necesario que la conexión de
estas máquinas con el sistema ocurra cuando los valores de voltaje, frecuencia,
secuencia de fase y ángulo de fase de la máquina se encuentren dentro de límites
seguros; de lo contrario se presentarán problemas que pueden llegar a ser
catastróficos tanto para el generador que se conecta, conocido coloquialmente como
máquina entrante, como para el sistema eléctrico.
En este trabajo de tesis, se presenta el diseño e implementación de un sincronizador
automático para generadores, mediante un sistema de adquisición de datos basado en
un FPGA Spartan-3 2M y un sistema operativo en tiempo real dentro de un
microcontrolador de 400 MHz.
Este equipo realiza de manera automática la conexión de generadores síncronos.
Primero, por medio de un sistema de monitoreo, mide los valores de voltaje de fase,
frecuencia y determina secuencia de fase, tanto de la máquina entrante como del
sistema eléctrico al que se pretende sincronizar. En caso de que existan diferencias
entre los valores de voltaje y frecuencia de la máquina y del sistema que excedan los
valores permisibles, el sincronizador automático cuenta con un sistema de control
que envía señales a los controles de excitación y velocidad de la máquina síncrona
con el objeto de disminuir estas diferencias. Finalmente, un módulo de conexión
cierra el interruptor de la máquina entrante cuando estos valores se encuentran
dentro de los límites de seguridad.
El sincronizador desarrollado, además de otorgar resultados satisfactorios, tiene la
ventaja de presentar de manera didáctica todas las variables y el proceso de la
sincronización y además cuenta con un sistema de registro de datos, el cual guarda la
información de las pruebas realizadas, para posteriormente poder analizar esta
información fuera de línea y de esta manera realizar reportes, por lo que es un equipo
adecuado tanto para la docencia como para la investigación de máquinas eléctricas.
El desempeño del equipo se probó exitosamente con dos máquinas síncronas de
5 kVA y 18.75 kVA del Simulador Experimental de Sistemas de Potencia de la SEPIESIME-Zacatento
y es un equipo muy versátil que permite la implementación de
nuevas funciones de monitoreo y control para el desarrollo tanto de nuevos
proyectos, como de pruebas que se puedan requerir para trabajos futuros.
ABSTRACT:
Nowadays, synchronous generators still are the main electric power source in power
systems. One very important aspect in the operation of synchronous generators is its
connection to the power system, a process that is known as synchronization.In order
to avoid damages to the generators, and to achieve a successful synchronization, it is
necessary to perform the connection of these machines to the system, when the values
of voltage magnitude and phase, frequency, and phase sequence of the machine lie
within safe limit values; on the contrary problems, that could sometimes be
catastrophic, can ariseto both, the generator, known as the entry machine, and to the
electric system.
In this thesis work, the design and implementation of a synchronous generator
automatic synchronizer is presented, using a data acquisition system based on a
FPGA Spartan-3 2M, and a real time operating system in a 400 MHz microprocessor.
This device performs the connection of a synchronous generator in an automatic way.
First, by means of a monitoring system, it measures the values of voltaje magnitude
and phase, the frequency and the phase sequence of both, the entry machine and the
power system to which it is going to be connected. In case some diferences between
the variables of the generator, and the ones of the system are found, the automatic
synchronizer has a control system that send correcting signals to the excitation and
frequency controls of the generator, in order to reduce these differences. Finally, a
connection module closes the interconnecting switch of the entry machine when the
machine variables are within safety limits.
The synchronizer developed in this work, besides obtaining satisfactory results, has
the additional advantage of presenting in a didactic way all the variables and the
synchronizing process, and also has a data registration system that stores the
information obtained in the experimental tests, in order to analyze this information
later, in an off-line mode, to write the final reports, and therefore is a suitable device
for both, teaching and research of electric machines theory.
The performance of this device was succesfully tested using two synchronous
machines of 5 kVA and 18.75 kVA that are available in the Power Systems
Experimental Simulator of SEPI-ESIME-Zacatenco, and is a very versatile equipment
that allows the implementation of new monitoring and control functions, that could
be required in the development of new research projects, as well as in experimental
tests that could be used in future works.