Estimación de los parámetros del Modelo matemático del generador sincrónico

Abstract

Este trabajo presenta la estimación de los principales parámetros del modelo dinámico del generador sincrónico, a través de la técnica de optimización basada en sensibilidad de trayectoria. Actualmente en la literatura han sido propuestas diversas técnicas para determinar los parámetros del modelo del generador, sin embargo algunas son muy invasivas y requieren montajes especiales y tener el generador fuera de línea, otras, como las que consideran el generador en operación continua, dependen de la ocurrencia de eventos que no necesariamente hacen identificables todos los parámetros del modelo. La técnica de sensibilidad de trayectorias fue seleccionada no solo porque permite una completa representación de las dinámicas lineales y no lineales del generador y su sistema de excitación, sino porque presenta gran eficiencia en la búsqueda de parámetros en problemas de ajuste de curvas mediante la minimización del error entre las variables medidas y las simuladas. El desarrollo del trabajo parte del modelamiento del generador sincrónico y de la solución de las ecuaciones diferenciales no lineales que componen el modelo de orden 5 que se encuentra comúnmente en la literatura. Posteriomente se incluye un modelo típico de regulador de tensión, el cual juega un importante papel en la dinámica eléctrica del generador. A continuación, se diseña una pequeña red eléctrica de prueba que simula el generador bajo prueba, líneas de transmisión, una carga y un equivalente dinámico del sistema. Se plantean las ecuaciones algebraico-diferenciales para la red de prueba, encontrándose su solución en el tiempo mediante una técnica de integración numérica. Finalmente la red de prueba es usada por la metodología de estimación para evaluar la función objetivo enfocada en minimizar el error entre la simulación y los registros de una prueba mediante la variación iterativa de los parámetros del modelo del generador. Por último, para evaluar la robustez del algoritmo de estimación se realizaron múltiples escenarios para los cuales se corrió la metodología, encontrándose excelentes resultados en cuanto a la precisión de la estimación de parámetros y la usabilidad de la implementada tanto en ambiente de prueba en planta como en operación normal, registrando la dinámica del generador ante eventos en la red de transmisión. No obstante se encontraron limitaciones en la convergencia del algoritmo de estimación relacionadas con la desviación inicial de los parámetros del modelo, lo cual limita su uso a desviaciones no mayores al 20%. Igualmente los ruidos propios de medición imponen dificultades adicionales para la obtención de buenos resultados, lo que hace necesario la utilización de instrumentos de medición con alta precisión. Como producto del presente trabajo se propone una herramienta que puede mejorar notablemente el desempeño de los modelos de los generadores sincrónicos que tienen incertidumbre en sus parámetros, usando registros provenientes de pruebas muy simples sobre el sistema de excitación, o eventos comunes en la red de transmisión.

Abstract: this work is presents the estimation of the main parameters for the dynamic model of synchronous generators through an optimization technique based on Trajectory Sensitivity. Currently in the literature several techniques are proposed to determine the model parameters for the generator: However some are very invasive and require special assemblies and the setting of the generator off-line. Others consider the generator in continuous operation but rely on the occurrence of events that not necessarily makes all model parameters identifiable. The Trajectory sensitivity technique was selected, not only because it allows a complete representation of linear and no linear dynamics, but also because it presents high efficiency in the search for parameters in curve fitting problems by minimizing the error between measured variables and simulated ones. The development of this work begins with the modeling of a synchronous generator and the solution of nonlinear differential equations that summarises the 6th order model which is commonly found in the literature. A common model for excitation system is also included, since it plays an important role in the dynamics of the generator. Then, a small test grid is designed to simulate the generator under test, transmission lines, a load and a dynamic equivalent for the system. Algebraic-differential equations for the test network are stated, finding its solution in time domain by a numerical integration technique. Finally the test network is used by the estimation methodology to evaluate the objective function focused on minimizing the error between simulation and test records. This is done varying iteratively the generator model parameters. Finally to assess the robustness of the estimation algorithm, multiple scenarios were ran through the methodology. Excellent results were found in terms of accuracy of the parameter estimation and the technique usability in both, test environment in plan and in normal operation recording the dynamics of the generator to events in the transmission network. However, limitations were found in the convergence of the estimation algorithm related to the initial deviation of the model parameters, limiting it to deviations below 20%. Likewise, measurement noise imposes additional difficulties in obtaining good results, demanding the use of highly accurate measuring instruments. As result of this work, a tool that can significantly improve the performance of synchronous generators models with uncertainity in parameters, using records from very simple tests on the system, or common events in the transmission network is proposed