Diseño e implementación de un prototipo de Unidad de Medición Fasorial (PMU - Phasor Measurement Unit) para el monitoreo, control y protección de sistemas eléctricos

Abstract

Los sistemas eléctricos de potencia han evolucionado a través del tiempo por lo que tienen que enfrentarse a problemas cada vez más complejos, por ejemplo la cargabilidad del sistema de transmisión, inestabilidad de voltaje, esfuerzos por mejorar la calidad de suministro de energía, existen más restricciones para la expansión de sistemas de distribución y transmisión, entre otros; ésto ha incrementado la complejidad de la operación de los sistemas de potencia. La aplicación de PMUs (Phasor Measurement Unit) ha crecido como una de las nuevas herramientas para mejorar el monitoreo y funcionamiento de los sistemas de potencia, debido a que permiten monitorear diferentes puntos de la red en forma sincronizada y en tiempo real dando una oportuna respuesta ante contingencias, especialmente problemas de inestabilidad de voltaje. En el sistema eléctrico ecuatoriano las transferencias elevadas de potencia han provocado en más de una ocasión inestabilidad en el sistema, por lo que la utilización de las nuevas tecnologías basadas en PMUs son una solución para afrontar estos inconvenientes. El objetivo de esta tesis es diseñar e implementar un prototipo de Unidad de Medición Fasorial (PMU) con tecnología FPGA (Field Programmable Gate Array), que proporcione a los estudiantes conocer físicamente el comportamiento del fenómeno de inestabilidad de voltaje y las nuevas tecnologías de supervisión en tiempo real que permiten mitigar dicho fenómeno. Este proyecto está formado por: 1) diagnóstico de la evolución de los PMUs como herramienta para solucionar problemas de estabilidad de voltaje, 2) diseño de un sistema eléctrico de potencia balanceado a escala, que servirá como caso de estudio, 3) cálculo de los parámetros eléctricos del sistema, 4) simulación del sistema eléctrico de potencia al cual se le provocaron las contingencias para emular la inestabilidad de voltaje y la forma de mitigarla, 5) implementación del prototipo de PMU el cual se conectó en un circuito eléctrico a escala para el monitoreo, control y protección del mismo, 6) validación de los datos obtenidos a través de los cálculos, simulación y los valores obtenidos con el PMU implementado. La aplicación cuenta con una interfaz amigable para que el usuario, que es capaz de monitorear, controlar y proteger un sistema eléctrico a escala. Al culminar este trabajo se logra una validación técnica de los valores adquiridos con el PMU implementado, logrando mitigar el fenómeno de inestabilidad de voltaje.