OPERACIÓN AISLADA DE MÁQUINAS SINCRÓNICAS CONECTADAS MEDIANTE TRANSFORMADORES SCOTT A CARGAS BIFÁSICAS DESEQUILIBRADAS / Isolated Operation of Synchronous Machines Connected by Scott Transformer Feeding Two-Phase Unbalanced Loads

Resumen

Este trabajo presenta un estudio detallado del comportamiento del sistema eléctrico de tracción y su impacto sobre laoperación de plantas de generación aislada. El sistema eléctrico y los generadores se modelan utilizando la teoría devectores espaciales, lo cual permite un análisis detallado del comportamiento tanto en régimen transitorio como estacionario.Los sistemas eléctricos de tracción utilizan con frecuencia transformadores tipo Scott para convertir el sistema trifásico enbifásico. En esta configuración cada fase del sistema secundario alimenta un tramo de la ruta. Los desequilibrios eléctricosproducidos por la operación de sistemas de transporte y las armónicas inyectadas por los convertidores electrónicos detracción se traducen en corrientes de secuencia negativa en el sistema de potencia. La circulación de estas corrientes porlas bobinas del estator de los generadores produce un incremento de las pérdidas en los devanados amortiguadores. Losresultados de este estudio determinan los límites operativos de una planta de generación aislada basados en los estándaresinternacionales, los desequilibrios máximos tolerados por los generadores y su relación con los niveles de carga por cadadevanado del transformador Scott. También se evalúa la contribución a la corriente de secuencia negativa en el sistematrifásico introducida por las armónicas inyectadas durante la operación de los convertidores electrónicos.

ABSTRACT

This paper shows a detailed study of the electric traction system behavior and its effect on the operation of isolatedgeneration plants. The electrical system and its generators are modeled using the space vector theory, which simplifiesboth steady state and transient analysis. Commonly, electrified traction systems use Scott transformers in order to convertthe three-phase system into a two-phase network. In this configuration, each phase of the secondary transformer feeds aroute section. The electrical unbalances originated by the traction system operation, as well as the harmonics injected bythe traction drive converters, introduce negative sequence currents into the power system. These currents, flowing intothe generators´ stator windings produce increasing losses in the damping windings. Results identify the operating limitsof an isolated electric plant using international standards, the maximum unbalances tolerated by generators and theirrelationship to load levels in each winding of the Scott transformer. Also, the negative sequence current flowing in thethree-phase system introduced by the harmonics injected during the electronic converter operation is evaluated.Keywords: Scott Transformer, Salient Pole Synchronous Machines, Two-phase Unbalanced Load, Harmonics, SpatialVectors.