Análisis de oscilaciones electromecánicas en sistemas eléctricos de potencia mediante procesamiento simultaneo de datos de forma espacio-temporal

Abstract

El comportamiento dinámico en Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP) es susceptible a presentar oscilaciones de baja frecuencia debido a diversos factores, entre los cuales se pueden mencionar las condiciones de operación del sistema, la demanda variante de carga o las condiciones de interconexión en el sistema; este tipo de oscilaciones puede ocasionar la pérdida de la condición de estabilidad. La identificación y el análisis de oscilaciones inter-área en SEP es de suma importancia para el desarrollo de sistemas de protección y control como sistemas estabilizadores (PSS). En este trabajo de investigación se presenta un análisis fundamental de oscilaciones electromecánicas bajo diferentes condiciones de operación en SEP, con el objetivo de entender el mecanismo de propagación espacio-temporal del fenómeno que se presenta durante una oscilación electromecánica mediante métodos que procesan los datos de forma global. Se introduce un enfoque de análisis espectral basado en la introducción de metodologías de optimización dentro del método Descomposición Modal Dinámica (DMD). En la primera parte se presenta el método DMD como aproximación al método de Koopman para el análisis de sistemas dinámicos, se introduce la relación entre el operador DMD y el operador de Koopman, asimismo se presentan diferentes enfoques para el cálculo del operador DMD con metodologías de optimización y se uniformiza la nomenclatura utilizada en cada metodología. Asimismo, se consideran tres metodologías de optimización para realizar el análisis modal en diferentes escenarios y seguidamente se evalúa su desempeño. En la segunda parte se realiza un análisis espectral en cuatro escenarios de simulación para visualizar el efecto y el comportamiento de las oscilaciones inter-área en diferentes sistemas interconectados. Se presentan dos casos base para introducir y visualizar el problema de oscilaciones electromecánicas en SEP: el primer caso representa un esquema de interconexión con líneas de transmisión de gran longitud con base en el sistema de prueba de Kundur, mientras que el segundo caso representa un esquema de interconexión con modelos eléctricos equivalentes con base en el sistema de prueba IEEE de 16 máquinas y 68 nodos. En la parte final se presenta un análisis espectral para visualizar el efecto de las oscilaciones electromecánicas en sistemas interconectados de gran dimensión: el primer caso representa un sistema interconectado con regiones geográficas distribuidas localmente con base en el Sistema Interconectado Nacional de México (SIN); el segundo caso representa un sistema intercontinental con regiones distribuidas en una red de área amplia con base en el sistema de interconexión europeo.