1 Introducción 5 1.1 Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2 Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3.1 Objetivo general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3.2 Objetivos específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.4 Estado del arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.5 Organización del documento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 Máquina síncrona 9 2.1 Estructura básica de la máquina síncrona . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1.1 El campo magnético giratorio . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.2 El gobernador de velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2 Modelo clásico o de segundo orden . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.3 Linealización del modelo clásico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3 Control predictivo basado en el modelo 16 3.1 Generalidades del CPM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.2 Arquitectura del CPM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.3 CPM lineal en tiempo discreto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4 Resultados 20 4.1 Sistema de prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4.2 Modelo dinámico lineal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.3 Evaluación del CPM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.3.1 Cambios en horizontes de control y predicci´on . . . . . . . 24 4.3.2 Cambios en función objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 5 Conclusiones 30

Este documento aborda el desarrollo de un gobernador de velocidad basado en control predictivo lineal en tiempo discreto para máquinas síncronas sin amortiguamiento, con el objetivo de mejorar el comportamiento dinámico de las variables y garantizar la operación segura del sistema eléctrico de potencia. El cual se justifica por la necesidad de gestionar la potencia en las máquinas síncronas, especialmente en el contexto colombiano donde se cuenta con abundancia de recurso hídrico. En donde se emplean centrales hidroeléctricas, que emplean este tipo de máquinas para la producción de energía eléctrica. Aquí se presenta el estudio del modelo matemático de las máquinas síncronas, la formulación del modelo linealizado y la integración de la parte eléctrica y mecánica en el sistema dinámico. También se presenta la teoría del Control Predictivo basado en el Modelo (CPM) y su arquitectura, explicando la metodología de horizonte deslizante, donde se discuten parámetros importantes como el horizonte de control y el horizonte de predicción. Se evalúa el comportamiento del control en un sistema de prueba compuesto por una máquina síncrona equipada con un gobernador de velocidad basado en CPM, que alimenta una carga mediante un conjunto de líneas y transformadores. El rendimiento del CPM se evalúa, con simulaciones en donde se realizan cambios en los horizontes de control y predicción, así como en la función objetivo. Donde se observa que el control de la potencia mejora con horizontes más amplios y que los cambios en la función objetivo afectan considerablemente el rendimiento del gobernador.

Ingeniero(a) Electricista

Pregrado