Herramienta computacional aplicada al estudio de la dinámica de rotores de generadores eléctricos.

Abstract

El laboratorio de máquinas eléctricas de la universidad del Norte no tiene modelados que permitan analizar el comportamiento dinámico del rotor de generadores eléctricos, para poder así realizar estudios de estabilidad. Debido a lo anterior, se implementó una herramienta computacional aplicada al estudio de rotores de los generadores eléctricos, para de esta manera reforzar el conocimiento teórico adquirido complementando lo instruido por el docente. Se diseñó una interfaz en el software Matlab que permite realizar el análisis dinámico del rotor de un generador síncrono. Para ello, se empleó un modelo matemático aproximado que consta de un conjunto de ecuaciones algebraicas diferenciales. Para el desarrollo de éste, es esencial determinar los parámetros de la máquina apropiados para representar su comportamiento característico por lo que se optó por elaborar un manual de esta a partir de la norma IEEE-115. Además, se implementó el análisis de estado estable y transitorio del sistema, lo que conllevó a emplear métodos como Newton Raphson para el flujo de potencia y el método de Euler para resolver las ecuaciones diferenciales que describen las variables de la máquina. Asimismo, dicha interfaz tiene implícitamente ecuaciones de gran importancia en el análisis de estabilidad de sistemas de potencia como las ecuaciones de swing y Park. Finalmente, la interfaz de dicha herramienta es bastante personalizable, puesto que le permite al usuario introducir los parámetros del sistema desde valores de las líneas y cargas, los datos de la máquina y además ingresar el lugar, tiempo en el que inicia y se despeja la falla y el tiempo de simulación. Por otro lado, le permitirá al alumnado realizar el análisis transitorio al observar a través de gráficas de tensión, corriente y frecuencia, el comportamiento de la máquina frente a perturbaciones ocasionadas por alguna falla o variación de carga en el sistema, y de esta manera se elimina la ausencia de modelados que concurría.

The electrical machine laboratory of the University of the North does not have models that allow the analysis of the dynamic behaviour of the rotor of electrical generators, in order to carry out stability studies. Due to this, a computer tool was implemented to study the rotors of electric generators, in order to reinforce the theoretical knowledge acquired, complementing the instructions given by the teacher. An interface was designed in the Matlab software that allows the dynamic analysis of the rotor of a synchronous generator. For this purpose, an approximate mathematical model was used, consisting of a set of differential algebraic equations. For the development of this model, it is essential to determine the appropriate machine parameters to represent its characteristic behavior. Therefore, it was decided to elaborate a manual of the machine based on the IEEE-115 standard. In addition, steady state and transient analysis of the system was implemented, which led to the use of methods such as Newton Raphson for power flow and Euler's method for solving the differential equations that describe the machine variables. Also, this interface has implicitly equations of great importance in the stability analysis of power systems such as the swing and Park equations. Finally, the interface of this tool is quite customizable, since it allows the user to enter the system parameters from line and load values, the machine data and also to enter the location, the time in which the fault starts and clears, and the simulation time. On the other hand, it will allow the student to carry out the transitory analysis by observing through voltage, current and frequency graphs, the behavior of the machine when faced with disturbances caused by some fault or load variation in the system, and in this way the absence of modeling that was present is eliminated.