On some dynamic properties of electrical power systems : sobre algunas propiedades dinámicas de los sistemas eléctricos de potencia

Abstract

This thesis treats some dynamic properties of power system models. An extension of the classical concept of dissipativity is formulated to deal with these systems described by differential-algebraic equations on phasor variables. A class of models of these systems the same that is known to admit an energy function is shown to be dissipative in the sense mentioned above, to later be extended to include realistic models of synchronous machines and other devices. The small signal models are shown to satisfy a convex constraint in the frequency domain that is later articulated with Integral Quadratic Constraints, a well-known stability analysis tool. Specific features of realistic power system models, as the effect of voltage regulation and damping injection, are precisely captured and incorporated into the analysis. It is shown that a trade-off between the mentioned control actions and the voltage sensitivity is a sufficient condition to establish the robustness of the electromechanical modes. This result and others mentioned above are validated through several examples.

Esta tesis trata algunas propiedades dinámicas de los sistemas eléctricos de potencia. Se formula una extensión del concepto clásico de disipatividad compatible con estos sistemas, descritos por ecuaciones algebraico-diferenciales sobre variables fasoriales. Se muestra que una clase de modelos de estos sistemas satisface este concepto de disipatividad y se muestra que también lo hacen modelos detallados de máquinas síncronas y otros dispositivos de potencia. Se demuestra que los modelos en pequeña señal satisfacen una restricción convexa en el dominio de la frecuencia, capaz de ser articulada con herramientas bien conocidas de análisis de estabilidad. Características específicas de los sistemas eléctricos reales, tales como la acción de la regulación de tensión y las señales estabilizadoras, son precisamente definidas e incorporadas al análisis. Se demuestra que un adecuado balance entre las acciones de control mencionadas y la sensibilidad a variaciones de tensión es una condición suficiente para la robustez de los modos electromecánicos del sistema. Este resultado y otros mencionados anteriormente son validados mediante el análisis de varios ejemplos.