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CAPACITACIÓN EN MANEJO DE DIgSILENT POWER FACTORY

CESAR AUGUSTO FERNÁNDEZ RAMÍREZ DIRECCIÓN DESARROLLO DEL STE

Quito, Octubre de 2002

Capacitación en DIgSILENT Power Factory

Contenido del Curso 1

Creación de un Sistema de Potencia ______________________________________ 7 1.1

Personalización de los Ajustes de Usuario. ___________________________________ 7

1.2

Creación de una Carpeta de Proyecto _______________________________________ 7

1.3

Creación de Áreas Adicionales _____________________________________________ 8

1.4

Creación de los Elementos del Sistema de Potencia ____________________________ 8

1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.4.5 1.4.6

1.5

Creación de los Tipos de Elementos del Sistema de Potencia ____________________ 9

1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.5.5

1.6

2

3

4

Creación de Subestaciones ____________________________________________________ 8 Creación de Transformadores __________________________________________________ 8 Creación de Generadores______________________________________________________ 8 Creación de Líneas __________________________________________________________ 9 Creación de Cargas __________________________________________________________ 9 Creación de Compensaciones __________________________________________________ 9 Creación de los tipos de líneas__________________________________________________ 9 Creación de los tipos de cargas ________________________________________________ 10 Creación de los tipos de máquinas______________________________________________ 10 Creación de los tipos de bidevanados ___________________________________________ 10 Creación de los tipos de tridevanados ___________________________________________ 10

Asignación del Tipo a Cada Elemento. _____________________________________ 10

Flujo de Carga ______________________________________________________ 11 2.1

Análisis del Flujo de Carga_______________________________________________ 11

2.2

Ajuste del Flujo de Carga ________________________________________________ 12

2.3

Control Secundario _____________________________________________________ 13

2.4

Control de Subestación __________________________________________________ 14

Creación de Escenarios de Demanda_____________________________________ 15 3.1

Creación de Escalas y Disparos ___________________________________________ 15

3.2

Asignación de Escalas a las Cargas ________________________________________ 16

Creación de Escenarios de Despacho ____________________________________ 18 Ajustes en los generadores _____________________________________________________ 18

5

4.2

Ajustes en los transformadores ___________________________________________ 18

4.3

Ajustes en las compensaciones ____________________________________________ 18

4.4

Ajustes en las subestaciones ______________________________________________ 18

Expansión del Sistema ________________________________________________ 19 5.1

Creación de Caso de Estudio _____________________________________________ 19

5.2

Creación de Etapas del Sistema ___________________________________________ 20

5.3

Cambio de Demanda ____________________________________________________ 20

-3Copy Right: Interconexión Eléctrica S.A. E.S:P.


5.4

Modificación de la Topología _____________________________________________ 21

5.4.1 5.4.2

5.5

6

Adición de Nuevos Proyectos _________________________________________________ 21 Reconfiguración de Proyectos Existentes ________________________________________ 22

Reajuste del Despacho___________________________________________________ 22

Cálculos de Cortocircuito ______________________________________________ 23 6.1

Ejecución de Cortocircuitos ______________________________________________ 23

6.1.1 6.1.2

Cálculo del Nivel de Cortocircuito en una Subestación _____________________________ 23 Cálculo del Nivel de Cortocircuito en una Línea___________________________________ 23

6.2

Cálculo del Nivel de Cortocircuito en un Varias Subestaciones _________________ 24

6.3

Cálculo del Nivel de Cortocircuito para Varias Fallas Simultáneas______________ 24

6.4

Impresión de Tablas ____________________________________________________ 25

7

Sincronizaciones _____________________________________________________ 26

8

Estabilidad__________________________________________________________ 28 8.1

Definición de las Variables de Monitoreo ___________________________________ 28

Definición de los Eventos ______________________________________________________ 29 8.3

9

Creación de Gráficas de Resultados________________________________________ 30

Modelos de Control ___________________________________________________ 32 9.1

Creación de un Composite Model _________________________________________ 32

9.2

Creación de los Controles ________________________________________________ 32

9.3

Asignación de los Controles al generador ___________________________________ 34

10

DSL______________________________________________________________ 35

10.1 Introducción ___________________________________________________________ 35 10.1.1 10.1.2 10.1.3 10.1.4

Términos y Abreviaciones____________________________________________________ 35 Estructura del DSL _________________________________________________________ 35 Variables de DSL___________________________________________________________ 36 Modelos DSL______________________________________________________________ 36

10.2 Metodología de Modelamiento ____________________________________________ 36 10.3 Proceso de Modelamiento ________________________________________________ 37 10.3.1 10.3.2 10.3.3

El problema del modelamiento ________________________________________________ 37 Características del lenguaje de simulación _______________________________________ 38 Funciones Implementadas ____________________________________________________ 39

10.4 Elementos Básicos ______________________________________________________ 40 10.4.1 10.4.2 10.4.3

Composite Model (Modelo Compuesto) _________________________________________ 40 Composite Frame (Marco Compuesto) __________________________________________ 41 Blocks (Bloques) ___________________________________________________________ 41

10.5 Modelamiento de un Regulador de Tensión _________________________________ 43 10.5.1 10.5.2

Proceso de Modelamiento ____________________________________________________ 44 Pruebas de Funcionamiento ___________________________________________________ 51

10.6 Modelamiento de un Regulador de Velocidad _______________________________ 52



Modelamiento de una Turbina de Vapor _________________________________________ 53

11

Armónicos ________________________________________________________ 54

11.1 Parámetros Dependientes de la Frecuencia__________________________________ 54 11.2 Fuentes de Armónicos ___________________________________________________ 55 11.3 Variables de Resultado __________________________________________________ 56 11.4 Cálculos de Armónicos __________________________________________________ 57 11.4.1 11.4.2

Flujo de Carga Armónico ____________________________________________________ 57 Cálculo de Z(w) ____________________________________________________________ 58

Análisis Modal __________________________________________________________ 59 12.1 Ejecución _____________________________________________________________ 60 12.2 Resultados_____________________________________________________________ 60

13

Confiabilidad ______________________________________________________ 61

13.1 Análisis de Contingencia _________________________________________________ 61 13.2 Preparar Simulación N-K ________________________________________________ 63 13.3 Modelos de Falla _______________________________________________________ 64 13.3.1 13.3.2 13.3.3 13.3.4 13.3.5 13.3.6 13.3.7 13.3.8 13.3.9 13.3.10

Modelos de Falla para Subestaciones ___________________________________________ 64 Modelos de Falla para Líneas _________________________________________________ 64 Modelos de Falla para Transformadores _________________________________________ 65 Modelos de Falla para Generadores_____________________________________________ 65 Modelos de Carga Estocásticos ________________________________________________ 66 Modelos de Carga de Área ___________________________________________________ 67 Funciones de Costo de Interrupción ____________________________________________ 67 Transferencia y Reducción de Cargas ___________________________________________ 68 Mantenimiento_____________________________________________________________ 68 Modos Comunes de Falla __________________________________________________ 69

13.4 Valoración de Confiabilidad de Generación-Demanda ________________________ 69 13.4.1

Método Montecarlo _________________________________________________________ 71

13.5 Valoración de Confiabilidad de Redes______________________________________ 71 13.5.1

14

Resultados Calculados _______________________________________________________ 72

Caso Real _________________________________________________________ 75



1

Creación de un Sistema de Potencia

La secuencia de procedimientos a seguir son los siguientes:

1.1 Personalización de los Ajustes de Usuario. 1) Menú: Options 2) Submenú: User Settings 3) En la caja de diálogo que aparece se selecciona la carpeta "Graphic Windows": Ø Link between Data and Graphic Objects: 1:m - leading data 4) Se selecciona la carpeta "Data Manager": Ø Browser: Sort Automatically 5) Se selecciona la carpeta "Functions": Ø Display functions in Dialogs/Data Manager: Scales 6) Presionar el botón "OK"

1.2 Creación de una Carpeta de Proyecto 1) Menú: File. 2) Submenú: New. 3) En la caja de diálogo “New” que aparece: Ø Name (Nombre del proyecto): Ecuador 2002. Ø Target Folder (UserName): Curso. Ø New: "Project” 4) En la caja de diálogo “Grid” que aparece: Ø Name: Norte. Ø Nominal Frequency: 60 Hz. Una vez concluido este procedimiento, en la raíz de la carpeta del proyecto “Curso”, se crean tres carpetas llamadas Norte, Library y Study Case. La carpeta “Norte” es el Área Eléctrica, y dentro de ella se crea una hoja de gráfico con el mismo nombre del Área que se muestra automáticamente en la Ventana de Gráficos. Para diferenciarlo del nombre del Área, es posible renombrar este gráfico, por ejemplo como “GraphNorte”. Dentro de esta carpeta del gráfico a su vez se crea otra carpeta “Settings”, la cual contiene las opciones de ajustes de la hoja de gráfico las cuales pueden modificarse a conveniencia. La carpeta “Library” es la que va a contener la librería de tipos de elementos del sistema y se crea inicialmente sin ningún contenido. La carpeta “Study Case” puede renombrarse (“Caso Base”) y contiene inicialmente cuatro elementos, de los que resultan relevantes por ahora el Summary Grid, que contiene un acceso directo a todos las Áreas que referencia el Caso Base y el “Graphics Board”, que contiene un acceso directo a todas las hojas de gráficos de las Áreas pertenezcan al Caso Base.



1.3 Creación de Áreas Adicionales 1) Menú: File 2) Submenú: New 3) En la caja de diálogo: Ø Grid: Sur. Ø Target Folder: \Ecuador 2002\Curso Ø En la caja New seleccionar: “Grid” 4) Aparece la caja de diálogo “Open Grid”: Ø Seleccionar la opción: Agregar esta Área al Caso Base activo. 5) Renombrar el gráfico Sur como “GraphSur” para diferenciarlo del Área.

1.4 Creación de los Elementos del Sistema de Potencia Hasta ahora, el único elemento dentro del área Norte es la hoja de gráfico GraphNorte, así como dentro del área Sur es GraphSur, ya que hasta ahora no se ha creado ningún elemento en el sistema. La creación de los elementos del sistema puede hacerse, o bien directamente en el Data Manager, o bien haciendo uso de las herramientas de dibujo de la ventana de gráficos de las áreas. En el segundo caso, además de resultar más sencillo el procedimiento de creación del sistema, también se está creando un diagrama unifilar del mismo, cosa que no sucede con el primer procedimiento indicado.

1.4.1

Creación de Subestaciones

Dibujar las barras que vamos a emplear en nuestro sistema, teniendo en cuenta el área (Grid) a la que pertenecen y especificando en cada barra lo siguiente: m Nombre. m Nivel de tensión.

1.4.2

Creación de Transformadores

Dibujar los bidevanados y tridevanados, teniendo cuidado que los devanados queden debidamente conectados (devanados de alta, media y baja) y se debe especificar en cada uno lo siguiente: m Nombre m Número de transformadores en paralelo.

1.4.3

Creación de Generadores

Dibujar las máquinas sincrónicas teniendo en cuenta el área a que pertenecen y especificamos: m Nombre m Número total de máquinas en paralelo m Tipo de operación: PQ, PV, SL. m Potencia activa a despachar (nodos PQ o PV) o ángulo de referencia (nodos SL). m Potencia reactiva (nodos PQ) o tensión (nodos PV o SL).



1.4.4

Creación de Líneas

Dibujar las líneas teniendo en cuenta el área a la que pertenecen y especificando en cada una: m Nombre. m Longitud.

1.4.5

Creación de Cargas

Dibujar las cargas teniendo en cuenta el área y barra a la que pertenecen y especificamos en cada una: m Nombre. m Dos datos entre: potencia aparente, potencia activa, potencia reactiva y factor de potencia.

1.4.6

Creación de Compensaciones

Dibujar las compensaciones teniendo en cuenta el área y barra a la que pertenecen y especificamos en cada una: m Nombre. m Tensión de la barra. m Tipo de compensación. m Número de pasos de compensación. m Paso actual de compensación. m Valor de compensación de cada paso.

1.5 Creación de los Tipos de Elementos del Sistema de Potencia Todos los elementos creados hasta ahora en los gráficos pueden verse y editarse también desde el Data Manager. Hasta este punto, los parámetros físicos de las líneas, transformadores y máquinas no han sido definidos. Esto debe hacerse dentro de la carpeta llamado “Library”. Sólo por motivos de organización de la información, resulta apropiado crear dentro de esta carpeta una carpeta para cada tipo de equipo con el siguiente procedimiento: 1) Pulsar el botón derecho sobre la carpeta Library. 2) Menú contextual “New” 3) Menú contextual “Folder” 4) En Name se escribre “Líneas” 5) En Folder Type se selecciona “Library” 6) Con este mismo procedimiento se crean las siguientes carpetas: “Cargas”, “Generadores”, “Bidebanados”, “Tridevanados”.

1.5.1

Creación de los tipos de líneas

1) Dentro de la carpeta "Líneas" pulsar el icono New Object. 2) En “Elements” seleccionar “Net Element Types” 3) En “Element” seleccionar “Line Type”. 4) Especificar los parámetros del tipo de línea que se está creando.



5) Repetir los pasos 1 a 4 para definir cada tipo de línea.

1.5.2

Creación de los tipos de cargas

1) Dentro de la carpeta “Load” presionar el icono New Object. 2) En “Elements” seleccionar “Net Element Types” 3) En “Element” seleccionar “General Load Type”. 4) Se especifica la dependencia de la P y la Q con la Tensión de la carga. 5) Repetir los pasos 1 a 4 para cada tipo de carga.

1.5.3

Creación de los tipos de máquinas

1) Dentro de la carpeta “Sym” presionar el icono New Object. 2) En “Elements” seleccionar “Net Element Types” 3) En “Element” seleccionar “Synchronous Machine Type”. 4) Se especifican los datos de placa, impedancias y datos dinámicos de la unidad. 5) Repetir los pasos 1 a 4 para cada tipo de generador.

1.5.4

Creación de los tipos de bidevanados

1) Dentro de la carpeta “Bidebanados” presionar el icono New Object. 2) En “Elements” seleccionar “Net Element Types” 3) En “Element” seleccionar “2-Winding Transformer Type”. 4) Especificar los datos de placa del transformador. 5) Repetir los pasos 1 a 4 para cada tipo de transformador.

1.5.5

Creación de los tipos de tridevanados

1) Dentro de la carpeta “Tridebanados” pulsar el icono New Object. 2) En “Elements” seleccionar “Net Element Types” 3) En “Element” seleccionar “3-Winding Transformer Type”. 4) Especificar los datos de placa del transformador. 5) Repetir los pasos 1 a 4 para cada tipo de transformador.

1.6 Asignación del Tipo a Cada Elemento. Editando cada elemento (línea, carga, máquina, bidevanado o tridevanado) en el ítem TYPE que aparece en las ventanas de edición de todos estos elementos seleccionar la flecha gruesa hacia abajo. Esto abre un submenú con 3 opciones. Seleccionando la opción “Select Project Type…”, se abre un Data Manager ubicado en Library. Allí se busca el tipo de elemento que se va a definir dentro de la carpeta correspondiente.

- 10 Copy Right: Interconexión Eléctrica S.A. E.S:P.


2

Flujo de Carga

Una vez creados todos los elementos del sistema de potencia y asignado a cada uno sus respectivos parámetros eléctricos, se está en condiciones de correr un flujo de carga del sistema. Para se selecciona el icono “Calculate Load Flow”. Las opciones que aparecen en la ventana de diálogo permiten correr el flujo de carga balanceado o desbalanceado con las siguientes: q Flujo de carga con ajuste de cambiatomas automático. Mueve los cambiatomas buscando una tensión objetivo en la barra indicada. Requiere que previamente se haya habilitado esta opción en los transformadores. q Flujo de carga con control del límite de reactivos. Ajusta automáticamente la tensión de las plantas que exceden su límite de reactivos para que queden dentro de él. q Flujo de carga con convergencia automática. Ejecuta flujos de carga sucesivos hasta encontrar convergencia, variando en cada etapa el nivel de dependencia de las cargas con la tensión y, si es necesario, emplea un modelo lineal de flujo de carga. q Flujo de carga con el valor de la carga dependiente de la tensión en la barra. Ejecuta el flujo de carga considerando la dependencia de la carga con la tensión, de acuerdo con los coeficientes especificados en el tipo de carga. q Flujo de carga con contingencias n-1. Evalúa flujos de carga considerando la indisponibilidad de cada uno de los elementos previamente definidos. q Flujo de carga con verificación de tensiones y sobrecargas. Reporta la lista de elementos que están operando fuera de ciertos límites que se deben definir en la carpeta Verification/Outage Simulation. Una vez concluido el flujo de carga, en el Output se reporta en cuántas iteraciones obtuvo convergencia y todas las máquinas excedidas o ajustadas en potencia activa y reactiva.

2.1 Análisis del Flujo de Carga Para verificar cuál es la demanda y las pérdidas totales del sistema: 1) Menú “Output” 2) Menú “Load Flow/Short-Circuit” 3) Menú “Analisys…” 4) En la ventana que se activa seleccionar: Ø Loadflow/Simulation: Total System Summary Para verificar cuál es la demanda y las pérdidas de un área en particular: 1) Menú “Output” 2) Menú “Load Flow/Short-Circuit” 3) Menú “Analisys…” 4) En la ventana que se activa seleccionar: Ø Loadflow/Simulation: Area Summary Ø En Selection: \Curso\Ecuador 2002\Norte Para ver cuál es el flujo de potencia que entra y sale de cada barra:



1) Menú “Output” 2) Menú “Load Flow/Short-Circuit” 3) Menú “Analisys…” 4) En la ventana que se activa seleccionar: Ø Loadflow/Simulation: Busbars/Terminals Para ver un reporte de cada subestación en la que se muestra su tensión y potencias de carga, generación y compensación: 1) Menú “Output” 2) Menú “Load Flow/Short-Circuit” 3) Menú “Analisys…” 4) En la ventana que se activa seleccionar: Ø Loadflow/Simulation: Complete System Report Ø Selection of Elements: Subestations Para ver un perfil de tensiones en barras verticales de todas las subestaciones: 1) Menú “Output” 2) Menú “Load Flow/Short-Circuit” 3) Menú “Analisys…” 4) En la ventana que se activa seleccionar: Ø Loadflow/Simulation: Complete System Report Ø Selection of Elements: Voltage Profiles

2.2 Ajuste del Flujo de Carga DIgSILENT ejecuta el flujo de carga aún cuando existan elementos aislados del sistema sin necesidad de especificarle ninguna opción. Para listar elementos no conectados: 1) Menú “Output” 2) “Load Flow/Short-Circuit” 3) “Check Network Topology…” 4) Search for: Unconnected NetElements Cuando un flujo de carga no de convergencia con toda la demanda, usualmente se prueba posteriormente si da convergencia con la carga dependiendo de la tensión. Los índices que emplea en este caso se definen desde el tipo de carga.



Para ver una tabla con el despacho de cada máquina: 1) Seleccionar el icono “Edit Objects Relevant for Calculation” 2) Seleccionar: *.ElmSym 3) Seleccionar la hoja: Flexible Data Además de visualizar las potencias y tensiones de cada grupo generador es posible también desde este Filtro de Objetos cambiar los parámetros de ajuste, tales como el número de unidades, la potencia activa o reactiva despachada, las tensiones de campo o incluso el tipo de operación. De esta misma manera se pueden realizar todos los ajustes en los transformadores y compensaciones que sean necesarios. Ya que este filtro de objetos presenta sólo elementos de un solo tipo en forma de un Data Manager, ésta puede manipularse como si fuera información en Excel, es decir, entre otras cosas, puede ordenarse por cualquier columna o puede cambiarse un valor a varios elementos en un solo paso. Cuando un generador se despacha con potencia cero, la máquina queda conectada al sistema entregando o absorbiendo reactivos. Por esta razón es necesario desconectarlo de la barra abriendo el “Cubicle” que lo conecta. Los Cubicle se encuentran dentro de la carpeta de la subestación. De igual forma, se debe proceder para desconectar las compensaciones de potencia reactiva. La información que se muestra en la hoja Flexible Data puede personalizarse para cada uno de los elementos del sistema, de manera que es posible agregar o quitar columnas de información.

2.3 Control Secundario

El control secundario hace posible controlar el ángulo de una subestación en particular controlando la potencia activa entregada por un grupo de máquinas síncronas. En un control secundario, la cantidad de potencia activa necesaria para controlar el ángulo se distribuye entre los generadores.



El control secundario permite dos maneras diferentes de distribuir la potencia activa requerida entre los generadores participantes: m Según la Potencia Nominal. La potencia activa requerida se distribuye entre las máquinas síncronas de acuerdo con su potencia nominal. m Ajustes Individuales. La potencia activa requerida se distribuye entre las máquinas síncronas de acuerdo con las participaciones que el usuario defina manualmente.

2.4 Control de Subestación

El control de subestación hace posible controlar el voltaje de una subestación en particular controlando la potencia reactiva de un grupo de máquinas síncronas. El control de subestación trabaja como un “control maestro”, con el voltaje de la barra (remoto) por un lado y un grupo de máquinas síncronas en el otro. La cantidad de potencia reactiva necesaria para controlar el voltaje se distribuye entre los generadores que participen en dicho control. Esta función puede ser descrita como un "controlador de voltaje distribuido”. El control de subestación maneja tres maneras diferentes de distribuir la potencia reactiva requerida entre los generadores participantes: m Con igual Factor de Potencia. La potencia reactiva requerida se distribuye entre las máquinas síncronas de manera que todas queden operando con el mismo factor de potencia. m Según la Potencia Nominal. La potencia reactiva requerida se distribuye entre las máquinas síncronas de acuerdo con su potencia nominal. Este método es apropiado cuando se trata de máquinas con tamaños muy diferentes. m Ajustes Individuales. La potencia reactiva requerida se distribuye entre las máquinas síncronas de acuerdo con las participaciones que el usuario defina manualmente. En estos controles, el número de máquinas asíncronas y las máquinas en sí son de libre elección.



3

Creación de Escenarios de Demanda

3.1 Creación de Escalas y Disparos Es posible variar la demanda del sistema para simular varias horas de operación (una a la vez). Es decir que, de una manera, a partir de la demanda máxima del sistema, es posible obtener las demandas media y mínima también, sin necesidad de tener que representar el sistema tres veces, como sucede comúnmente con otros programas. Teniendo en cuenta que los factores de conversión de cada área pueden ser diferentes, es posible además crear factores individuales para cada una. Para realizarlo inicialmente debe crearse un “Discrete Sacale and Trigger” en el cual se definen el número de cambios de demanda y en el que se seleccionará posteriormente cuál caso desea utilizarse. Posteriormente debe crearse un “Parameter Characteristic – Vector” para cada área del sistema, en el cual se definen los factores particulares de cambio de demanda para cada área. Para crear un “Discrete Sacale and Trigger”:

1) Seleccionar la carpeta del proyecto “Ecuador 2002” 2) Pulsar el icono “New Object” 3) Elements: “Others” 4) Filter: “Scale and Trigger” 5) Element: “Discrete Sacale and Trigger”. Se abre una nueva ventana: Ø Name: DST Ecuador Ø En la ventana “Cases” de la caja de diálogo que aparece escribir (separados con ENTRADA): Máxima, Media, Mínima.



Para crear un “Parameter Characteristic – Vector” para el área de Norte: 1)

Seleccionar la carpeta del área “Norte”

2) Pulsar el icono “New Object” 3) Elements: “Others” 4) Filter: “Characteristics” 5) Element: “Parameter Characteristic – Vector”. Se abre una nueva ventana. Ø Parameter: PCV Norte Ø Scale: Select… - DST Ecuador Ø Values: 100, 80, 60. Ø Usage: Relative Para crear un “Parameter Characteristic – Vector” para el área de Sur: 1) Seleccionar la carpeta del área “Sur” 2) Pulsar el icono “New Object” 3) Elements: “Others” 4) Filter: “Characteristics” 5) Element: “Parameter Characteristic – Vector”. Abre una nueve ventana. Ø Parameter: PCV Sur Ø Scale: Select… - DST Ecuador Ø Values: 100, 75, 50. Ø Usage: Relative

3.2 Asignación de Escalas a las Cargas Una vez creados los “Parameter Characteristic – Vector” se debe indicar cuáles cargas van a seguir el comportamiento especificado en ellos.



1) Seleccionar la carpeta del área “Sur” 2) Pulsar el icono “Detail Mode Class Select” Ø Seleccionar el icono “General Load” 3) En la carpeta Load Flow seleccionar la columna Act. Pow. 4) Pulsar el botón derecho del ratón sobre la columna seleccionada 5) Seleccionar el menú “Characteristic” 6) Seleccionar el menú “New Characteristic” 7) Seleccionar el menú “Reference…” Ø Characteristic: Select - PCV Sur 1) Seleccionar la carpeta del área “Norte” 2) Pulsar el icono “Detail Mode Class Select” Ø Seleccionar el icono “General Load” 3) En la carpeta Load Flow seleccionar la columna Act. Pow. 4) Pulsar el botón derecho del ratón sobre la columna seleccionada 5) Seleccionar el menú “Characteristic” 6) Seleccionar el menú “New Characteristic” 7) Seleccionar el menú “Reference…” Ø Characteristic: Select - PCV Norte



4

Creación de Escenarios de Despacho

Al cambiar la demanda del sistema, es necesario hacer variaciones en los ajustes de algunos elementos del sistema tales como los generadores, los transformadores, y las compensaciones.

4.1 Ajustes en los generadores m El número de unidades en línea: NGNUM m La potencia activa despachada. PGINI m La potencia reactiva despachada: QGINI m La tensión en terminales: USETP m El tipo de nodo: IV_MODE

4.2 Ajustes en los transformadores m El número de transformadores en línea: NTNUM o NT3NM m La posición del cambiatomas: NNTAP o N3TAP_H

4.3 Ajustes en las compensaciones m El número de elementos en línea: NCAPA

4.4 Ajustes en las subestaciones m Conexión/Desconexión de equipos: ON_OFF



5

Expansión del Sistema

5.1 Creación de Caso de Estudio Para expandir el sistema partiendo de lo que ya se tiene modelado y sin perder nada de la configuración y el ajuste del sistema actual, es necesario crear un nuevo Study Case que puede llamarse Expansion1.

q

En el Data Manager se selecciona la carpeta del proyecto y posteriormente el icono New Element.

q Elemtens: Others q Filter: Other Elements q Element: Study Case En la caja de diálogo del Study Case: q Name: Expansion1

En el Data Manager q Se selecciona la carpeta del Study Case que se acabó de crear. q Pulsando el botón derecho del ratón sobre ella se selecciona Active en el menú contextual. Esto habilita éste Study Case y desactiva el inicial. - 19 Copy Right: Interconexión Eléctrica S.A. E.S:P.


Se debe proceder ahora a crear un System Stage en cada una de las áreas, en la cual se van a realizar todas las variantes correspondientes a la expansión. q En el Data Manager se selecciona la carpeta Norte y posteriormente el icono New Object. q Elemtens: Others q Filter: Other Elements q Element: System Stage En la caja de diálogo del System Stage: q Name: Norte03. Esta nueva carpeta debe quedar dentro de la carpeta Norte.

Se repite este procedimiento en Sur para crear otro System Stage llamado Sur03, que estará dentro del área Sur.

5.2 Creación de Etapas del Sistema Seguidamente, lo que debe hacerse es agregar los dos System Stages que se acabaron de crear al nuevo Study Case. q Se selecciona el System Stage Norte03 y se presiona el botón derecho del ratón. q En el menú contextual se elige Add to Study Case. Inmediatamente, todo el contenido de la carpeta Norte se mueve a la carpeta Norte03. q Se repite el procedimiento para Sur03. En este punto tenemos un Study Case idéntico al original, es decir, con cualquiera de los dos se tendrían los mismos resultados. Sin embargo, la diferencia es que cualquier modificación que se haga en el Study Case Base se verá reflejada también en el Study Case Expansion1, pero en cambio, toda modificación que se haga en el segundo no será tenida en cuenta en el primero.

5.3 Cambio de Demanda q En la barra de herramientas principal se selecciona el icono Edit Relevant Objects for Calculatios y en la lista que se despliega el icono General Load. Esto muestra una lista de todas las cargas de todas las áreas que componen el sistema.



q En la carpeta Load Flow, se selecciona la columna de Act.Pow. y pulsando el botón derecho del ratón se selecciona Modify Value(s).

q En la caja de dialogo se selecciona relative y un scale factor 103.86%.

5.4 Modificación de la Topología 5.4.1

Adición de Nuevos Proyectos

q Para crear un nuevo circuito puede hacerse desde el Data Manager o desde el Graphic Windows seleccionando el icono Line en la Barra de Herramientas de Dibujo. q Para crear una nueva carga se selecciona el icono de General Load en la Barra de Herramientas de Dibujo. q Para crear una nueva compensación se selecciona el icono Shunt/Filter en la Barra de Herramientas de Dibujo. q Para crear una nueva subestación en Sur, se selecciona el icono Terminal en la Barra de Herramientas de Dibujo y pulsa con el ratón sobre la hoja de gráfico en el punto que desea dibujarse.



5.4.2

Reconfiguración de Proyectos Existentes

q Para reconfigurar un circuito existente, se borra la línea que va a ser reconfigurada y se selecciona el icono Line en la Barra de Herramientas de Dibujo para dibujar sobre la hoja de gráfico la nueva configuración.

5.5 Reajuste del Despacho Con la modificación de la demanda y los cambios en la topología del sistema es inevitable que los flujos de carga para todos los escenarios definidos se desajusten, apareciendo nuevamente máquinas excedidas en reactivos, tensiones por fuera de los límites operativos, transformadores y líneas sobrecargados y con el slack del sistema tomando todo el incremento de la demanda y las pérdidas. Con el fin de iniciar el ajuste de cada despacho, la opción de Verificación del flujo de carga da una orientación inicial sobre las zonas con mayor problema por tensiones y sobrecargas. Por otra parte, si en el icono Edit Relevant Objects for Calculation se selecciona Synchronous Machine, la carpeta Flexible Data muestra el resumen del despacho de cada máquina, permitiendo ver también los límites que se están excediendo. Es importante resaltar aquí que: q Las modificaciones de potencia activa, potencia reactiva, tensiones, número unidades en línea, y tipo de operación en las máquinas sincrónicas deben realizarse en los Vectores Característicos definidos en el caso base. Igual ocurre con el número y posición del cambiatomas de los transformadores, y con el número de bancos de compensación. Si por ejemplo, en el caso base una máquina siempre operó como PQ, no fue necesario en este caso definirle un vector característica para este parámetro. Pero, si en un caso posterior llega a ser necesario utilizar la máquina como PQ en algunos escenarios y como PV en otros, se requiere la creación de un vector característico para este parámetro. q Hay una relación no recíproca entre los casos de los diferentes años. Las modificaciones y elementos nuevos que se creen en un año se verán reflejadas en todos los años posteriores, pero en cambio no afectan en nada los años anteriores. Es decir, si se hace un ajuste del despacho de una máquina en el 2005, este ajuste va a aparecer en todos los años del 2006 al 2010, pero no en los años del 2000 al 2004. Cuando un elemento es modificado en un año posterior se rompe el enlace con los años anteriores. Es decir, si con el año 2009 activo se cambia la potencia despachada de un generador, y posteriormente con el año 2004 activo se ajusta la potencia despachada del mismo generador con un valor diferente al original y al definido en el 2009, este cambio se ve reflejado sólo en los años 2005 al 2008, pero ya no en el 2009 y posteriores.



6

Cálculos de Cortocircuito

6.1 Ejecución de Cortocircuitos 6.1.1

Cálculo del Nivel de Cortocircuito en una Subestación

Para calcular el nivel de cortocircuito en una barra: m Se selecciona el icono “Calculate Short-Circuit” m Method: Se selecciona el método con el cual se quiere calcular el nivel de corto. Si se selecciona “Complete” el nivel de cortocircuito se calcula tomando como condición inicial el perfil de tensiones del flujo de carga del sistema. m Fault Type: Se selecciona el tipo de corto que se quiere calcular. m Calculate: Se indica si se va a calcular un nivel de cortocircuito máximo o mínimo. m User Selection: Abre un Data Manager en el cual se selecciona la barra en la que se quiere calcular el nivel de corto.

6.1.2

Cálculo del Nivel de Cortocircuito en una Línea

Para calcular el nivel de cortocircuito en una línea, el procedimiento es el mismo que para una barra, excepto que al seleccionar una línea en User Selection, aparece un ítem adicional en la ventana de dialogo en el cual se debe especificar la distancia desde la barra i a la cual se quiere calcular el nivel de corto. - 23 Copy Right: Interconexión Eléctrica S.A. E.S:P.


6.2 Cálculo del Nivel de Cortocircuito en un Varias Subestaciones

También es posible calcular el nivel de cortocircuito en varias barras sin tener que repetir el procedimiento para cada una. Esto puede hacerse seleccionando las barras en las que desea hacerse el cálculo (en el gráfico o en el Data Manager) y pulsando el botón derecho del ratón sobre una de ellas. En el menú contextual se selecciona “Calculate...” – “Short-Circuit...”. De esta manera se abre una ventana de diálogo de Short-Circuit Calculation, en la que en el ítem User Selection aparece seleccionado un Short-Circuit Set que contiene todos los elementos en los que se quiere hacer el cálculo de cortocircuito de una sola vez. Para agregar más subestaciones a la selección se debe seleccionar la subestación y pulsando el botón derecho del ratón sobre ella abrir el menú contextual para seleccionar “Add to...” – “ShortCircuit Set...”. Si se activa la opción “At all Busbars and Terminals” se calculan los niveles de corto para todas las subestaciones del sistema completo. En todo caso, sólo es posible calcular el nivel de cortocircuito de varias subestaciones de una sola vez para un mismo caso que se defina. Dicho de otra forma, no es posible calcular de esta forma el nivel de cortocircuito máximo trifásico para una barra y el mínimo monofásico para otra.

6.3 Cálculo del Nivel de Cortocircuito para Varias Fallas Simultáneas De igual manera, es posible calcular el nivel de cortocircuito cuando se presentan eventos de cortocircuito simultáneamente en varias subestaciones. Esto puede hacerse simplemente seleccionando las barras que desea que participen en el cálculo (en el gráfico o en el Data Manager). Pulsando el botón derecho del ratón sobre una de ellas aparece un menú contextual en el que se selecciona “Calculate...” – “Multiple Faults...”. De esta manera se abre una ventana de diálogo de Short-Circuit Calculation, en la que el método seleccionado es “Complete”, la opción “Multiple Faults” está habilitada, y en el ítem User Selection



aparece seleccionado un objeto llamado Short Circuits, el cual contiene todos los elementos en los que se quiere hacer el cálculo de cortocircuito simultáneo. Para agregar más subestaciones a la selección se debe seleccionar la subestación y pulsando el botón derecho del ratón sobre ella abrir el menú contextual para seleccionar “Add to...” – “Multiple Faults”. En este caso, es posible calcular el nivel de cortocircuito de varios tipos de fallas en varias subestaciones simultáneamente. Es decir que, por ejemplo, es posible calcular el nivel de cortocircuito que se presenta cuando en una subestación se presenta un cortocircuito trifásico y en otra un cortocircuito monofásico. Para este caso sólo es posible hacer el cálculo a partir de los resultados del flujo de carga.

6.4 Impresión de Tablas

Para imprimir la tabla con los aportes de cada elemento conectado a la barra m En la ventana de diálogo de Short-Circuit Calculation, debe seleccionarse un formato de salida en el ítem Output. Para imprimir una tabla resumen que incluya las impedancias de las redes de secuencia y las corrientes de cortocircuito para las barras falladas: m Pulsar el botón derecho del ratón sobre la barra en la cual se calculó el cortocircuito. m Menú “Output Data…” m Menú “Flexible Data”



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Sincronizaciones

Estos análisis son necesarios para verificación de las condiciones de cierre de líneas, principalmente cuando a través de ellas se van a conectar dos sistemas grandes. Su finalidad es la de determinar cuál es la secuencia más adecuada de cierre de una línea fundamentalmente con base en dos aspectos: m La diferencia de tensiones. Diferencia entre la tensión que se tiene en la subestación y la tensión en el extremo de la línea a cerrar debido al Efecto Ferranti. m La diferencia angular. Diferencia entre el ángulo del voltaje en la subestación y el ángulo del voltaje en el extremo de la línea a cerrar. Estos estudios pueden llevarse a cabo con la herramienta de flujos de carga, aunque de requerirse un análisis mucho más exhaustivo también podría emplearse la herramienta de simulaciones de estabilidad. El procedimiento es el siguiente: m

Abrir el interruptor del extremo que se quiere sincronizar. Ø En la barra de herramientas de la ventana de gráficos, se selecciona el puntero Edit Data Object. Ø Se pulsa con el botón derecho del ratón sobre el extremo de la línea a abrir (el programa indica la selección de un extremo de la línea). Ø En el menú contextual se elige la opción Open.

m Crear un cuadro de resultados para que muestre la información del extremo abierto de la línea. Ø En el gráfico y con el puntero en la opción Edit Data Object seleccionar la línea (esta vez en el medio para que la seleccione completa) con el botón derecho del ratón. Ø En el menú contextual se selecciona la opción Create Textbox. Ø Se abre una ventana de Form Manager. Se selecciona la hoja Load Flow y en la línea Forms se pulsa la flecha horizontal. Ø Se abre una nueva ventana Form. presiona el botón Select Variables.

Se

Ø Se abre un diálogo de Variable Set. En el se seleccionan las señales de tensión (en PU y en kV) y el ángulo en el extremo de interés de la línea (este procedimiento se explica con más detalle en las simulaciones de estabilidad). Ø Se pulsa OK en todos los diálogos que están abiertos.



Al cerrarse todos los diálogos aparece una caja de resultados adicional que se muestra conectada a la mitad de la línea en la que se creó. Igual que todos los objetos gráficos, esta caja puede cambiarse de sitio con el ratón una vez que se seleccione el puntero de edición de gráficos. Si en este punto se ejecuta un flujo de carga, en la caja que se acaba de crear se muestra la tensión (tanto en PU como en kV) y su ángulo (en grados). Si posteriormente se quisiera ver las condiciones de sincronización por el otro extremo de la línea, sólo debe modificarse la selección de variables de la caja de resultados ya creada, ya que ahora se necesitaría la lectura del otro extremo de la línea. Para ello se selecciona la caja de resultados con el botón derecho del ratón (teniendo el puntero en el modo de edición de datos) y se elige Format que es la única opción del menú contextual. Esta acción lo lleva de nuevo al Form Manager y a partir de allí se repite el procedimiento ya descrito.



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Estabilidad

8.1 Definición de las Variables de Monitoreo

Para crear el elemento de selección de las variables de monitoreo: q Pulsar el botón derecho sobre el icono New Object. q En Elements se selecciona Others. q En Filter se selecciona Net Elements. q En Element se selecciona Results.

Aparece la ventana de dialogo del elemento Results.ElmRes. En ella se pulsa el botón Contents para definir o listar las variables de monitoreo.



Para realizar la definición de estas variables se selecciona el icono New Object. Esto despliega la ventana de selección de variables de monitoreo: Variable Set.

La ventana de dialogo Variable Set tiene una carpeta para definir las variables que intervienen durante cada una de las funciones de simulación disponibles. La opción “Display values during simulation in output windows” nos permite especificar cuales son las variables que se monitorean mientras se ejecuta la simulación.

8.2 Definición de los Eventos Para definir los elementos que se van a simular: q Pulsar el icono New Object. q En Elements se selecciona Others. q En Filter se selecciona Others Elements. q En Element se selecciona Simulation Events. Aparece la ventana de SimulationEvents.IntEvt.

dialogo

del

elemento

En ella se pulsa el botón Contents para definir o listar los eventos a simular. Al pulsar el icono New Object, aparece la caja de dialogo de Element Selection, en la cual solamente está activo para selección el ítem Element, que contiene todos los posibles tipos de eventos que pueden simularse.



Una vez definidas las variables que se van a monitorear y los eventos que se van a simular, se tiene todo preparado para correr las condiciones iniciales y empezar la ejecución de la simulación.

8.3 Creación de Gráficas de Resultados Para graficar las variables de monitoreo:

q Seleccionar la ventana de gráfico. q Seleccionar el icono Insert New Graphic. De esta manera se crea una nueva hoja en la ventana de gráfico activa. q Seleccionar el icono Append New VI(s). q En Object se selecciona el tipo de Instrumento Virtual que desee emplearse. q En Numbre of VI(s) se indica el número de gráficas que se quieren tener en la hoja.



Puede tenerse una buena cantidad de gráficas en una misma hoja. Incluso puede haber de diferentes tipos de gráficas en una misma hoja. Esto se hace repitiendo los dos últimos pasos anteriores. También es posible borrar, reubicar o redimensionar cualquiera de las gráficas dentro de la hoja. Hasta ahora se tiene definido el papel sobre el cual se va a graficar. Para especificar lo que se quiere graficar: q Doble pulsación sobre uno de los recuadros de gráfico. Esto abre la ventana del SubPlot. q Con una doble pulsación sobre la celda Results File ElemRes, seleccionar el Results File que contiene las variables de monitoreo. q Con una doble pulsación sobre la celda Element, seleccionar el equipo cuyas variables quieren graficarse. q Con una doble pulsación sobre la celda Variable, seleccionar la variable monitoreada que quiere graficarse. q Para agregar más variables a la gráfica, pulsar el botón derecho del ratón sobre cualquier celda en la ventana Curves y seleccionar Insert Cells en el menú contextual. q Finalmente con el botón Scale se ajusta automáticamente la escala vertical del gráfico, de manera que todas las variables especificadas sean visualizadas.



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Modelos de Control

El programa DIgSILENT (Digital Simulation and Network Calculation) en su versión Power Factory, tiene un módulo de estabilidad dinámica y transitoria, el cual incluye una completa librería de modelos de diversos elementos de un sistema de potencia, entre los cuales se cuenta con modelos de reguladores de la máquina sincrónica. Adicional a esto, posee urna interfaz en la cual el usuario puede desarrollar sus propios modelos, bien sea basados en los bloques que él mismo desarrolle, o empleando múltiples bloques ya implementados en el DIgSILENT, que también pueden ser utilizados por el usuario para componer su sistema de control particular. En esta parte se va a explicar cómo utilizar los modelos de control de la librería del DIgSILENT y en el tema siguiente se explica cómo implementar los modelos de usuario por medio del lenguaje DSL del DIgSILENT. Para asignar modelos de control de máquinas sincrónicas de la librería del programa, el procedimiento que se debe seguir se resume en los siguientes pasos: m Creación de un Composite Model. m Creación de los Controles. m Asignación de los Controles al generador.

9.1 Creación de un Composite Model El Composite Model es el objeto que permite hacer referencia al Composite Frame. Este objeto, es el que permite seleccionar los modelos y elementos que quieren relacionarse definiendo así el efecto de control que se quiere. Para crear un Composite Model: m En un Data Manager, se selecciona el área (grid) en la que está ubicado el generador. m Se pulsa el botón New Element. m En el menú de opciones Elements se selecciona Composite Model. Esto crea el Composite Model y abre su caja de diálogo: m En Type se selecciona de la librería local el Composite Type Sym. automáticamente los slots que componen este Composite Model.

Esto carga

m En la celda al lado derecho del slot sym, se pulsa dos veces para seleccionar el generador al que se le van a asignar los modelos desarrollados.

9.2 Creación de los Controles En la Advanced Technical Reference del manual del DIgSILENT se presenta el catálogo de todos los tipos de modelos que incluye el programa en su librería global.



q Para crear un VCO Tipo 7 de la librería: m En un Data Manager, se selecciona la opción Composite Model en el que se quiere definir los controles. m Se pulsa el botón New Element. m En el menú de opciones Elements selecciona Controllers/PMU/MDM.

se

m En el menú de opciones Controller Type se selecciona Voltage Controller. m En el menú de opciones Element se selecciona Vers. 10.31-Model vco__7 (ElmVco__7). Esto crea un VCO_7 y abre su caja de diálogo: m Se selecciona la hoja RMS Simulation. m Se introducen los ajustes para todos los parámetros. q Para crear un PCO Tipo 4 de la librería: m En un Data Manager, se selecciona la opción Composite Model en el que se quiere definir los controles. m Se pulsa el botón New Element. m En el menú de opciones Elements selecciona Controllers/PMU/MDM.

se

m En el menú de opciones Controller Type se selecciona Primary Controller. m En el menú de opciones Element se selecciona Vers. 10.31-Model pco__4 (ElmPco__4). Esto crea un PCO_4 y abre su caja de diálogo: m Se selecciona la hoja RMS Simulation. m Se introducen los ajustes para todos los parámetros. q Para crear un PMU Tipo 1 de la librería: m En un Data Manager, se selecciona la opción Composite Model en el que se quiere definir los controles. m Se pulsa el botón New Element. m En el menú de opciones Elements se selecciona Controllers/PMU/MDM. m En el menú de opciones Controller Type se selecciona Prime Mover Unit. m En el menú de opciones Element se selecciona Vers. 10.31-Model pmu__1 (ElmPmu__1). Esto crea un PMU_1 y abre su caja de diálogo: m Se selecciona la hoja RMS Simulation. m Se introducen los ajustes para todos los parámetros.



9.3 Asignación de los Controles al generador Hasta este momento se han definido los controles y sus ajustes, pero aún no están relacionados ni entre ellos ni con el objeto que van a controlar. Para concluir con el procedimiento, se debe editar nuevamente el Composite Model y asignar los modelos que se acaban de crear a sus respectivos slot. La siguiente figura muestra como debe verse el Composite Model una vez que se haya concluido con este procedimiento.



10 DSL 10.1 Introducción El lenguaje DSL se usa para programar modelos de control eléctricos y otros componentes usados en sistemas eléctricos de potencia. Como cualquier otro lenguaje de simulación o programación, emplea una sintaxis especial para la formulación de éstos modelos.

10.1.1 Términos y Abreviaciones m expr = corresponde a una expresión aritmética cualquiera que esté claramente definida usando: Ø Operadores aritméticos: +, -, *, / Ø Constantes: son números tratados como números reales. Ø Funciones básicas. Ø Funciones especiales. Ø boolexpr = Expresiones lógicas · Relaciones Lógicas: <, >, <>, =<, =>, = · Operadores binarios: and, or, nand, nor, eor · Paréntesis: {Expresión lógica} Ø string = Se refiere a la expresión que va dentro de comillas sencillas.

10.1.2 Estructura del DSL Todos los modelos DSL se componen de tres partes: m Interface, que establece el nombre del modelo, el título, la clasificación y el juego de variables. Esta parte es definida en la primera página de la caja de diálogo del diagrama de bloques. m Definición del Código, que se usa para definir las propiedades de los parámetros y las condiciones iniciales. m Ecuaciones del Código, dentro de las cuales se incluyen todas las ecuaciones necesarias para definir el modelo de simulación, que no es otra cosa más que un juego de ecuaciones diferenciales acopladas que describen las funciones de transferencia entre las señales de entrada y las señales de salida. Éstas funciones de transferencia pueden ser desde simples funciones lineales (funciones de una entrada y una salida), hasta funciones no lineales altamente complejas (funciones no continuas de múltiples entradas y múltiples salidas). DSL se emplea para describir relaciones directas entre señales y otras variables. Pueden asignarse expresiones a una variable en si misma, o a la primera derivada de una variable de estado. Las ecuaciones diferenciales de alto orden son así transformadas en un arreglo de ecuaciones de orden simple por medio de variables de estado adicionales.



10.1.3 Variables de DSL Un modelo de DSL puede usar 5 tipos de variables: m Señales de Salida. Las cuales, a su vez, quedan disponibles como señales de entrada para otros modelos DSL más complejos. m Señales de Entrada. Pueden originarse de otro modelo DSL o de un objeto del sistema de potencia. En el último caso, las corrientes y los voltajes, así como cualquier otra señal del sistema de potencia analizado, estarán disponibles para el modelo DSL. m Variables de Estado. Son señales generadas dentro del mismo modelo que son dependientes del tiempo y son usadas dentro del propio modelo DSL. m Parámetros. Son valores de sólo lectura que se fijan para ajustar el comportamiento del modelo DSL. m Variables internas. Son definidas y usadas en el modelo DSL para facilitar la construcción de un juego de ecuaciones en dicho lenguaje. Una variable de estado no puede ser al mismo tiempo una señal de salida. De ser necesario esto, se recomienda el uso de asignaciones como y=x1. Todos los parámetros son números reales. El parámetro especial "array_iiii" (con hasta 4 dígitos i), con 2*iiii elementos está disponible para definir características (procedimiento " lapprox''). Sólo las derivadas de las variables de estado pueden ser asignadas a una expresión.

10.1.4 Modelos DSL En general, hay dos tipos básicos de modelos de DSL posibles: m Modelos de dispositivos eléctricos, como generadores, cargas o sistemas de HVDC. Estos modelos son caracterizados por usar la corriente compleja del dispositivo como señal de salida principal, la cual se inyecta al sistema en cierta barra. Además de la corriente del dispositivo eléctrico, puede definirse cualquier otra variable como señal de salida. m Modelos sin señales de salida, las cuales no son directamente inyectadas a la red (dispositivos generales). Entre estos tipos de modelos tenemos los PCU´s, VCO´s, relés, procedimientos de cálculo, etc.

10.2 Metodología de Modelamiento q Recolección de la Información. Existen varias posibilidades para obtener la información de un modelo, una de ellas es el modelo que entrega el fabricante del equipo. Otra fuente son los grupos de investigación, entre los cuales se destaca la IEEE, en especial en el campo de los dispositivos de control. q Modelamiento de la Información. El punto de partida para realizar el modelo es la información recolectada (ecuaciones diferenciales o funciones de transferencia). Para el caso de modelamiento en lenguaje DSL se parte siempre de los diagramas de bloques (o ecuaciones de transferencia en términos de Laplace), que es la forma más común de encontrar información acerca de dispositivos de control.



Como se menciono anteriormente, existen dos formas de desarrollo de modelos con el programa DIgSILENT: m Desarrollo a través del código del lenguaje de simulación DSL. m Desarrollo gráfico empleando bloques predefinidos en el programa. La diferencia básica entre los dos métodos, es que en el segundo caso no se tiene contacto directo con el lenguaje de simulación DSL, puesto que las ecuaciones y el lenguaje están inmersos en los bloques predefinidos en la librería del programa. q Proceso de Codificación. El proceso de codificación busca que el usuario ingrese la información necesaria para que el modelo sea identificado completamente. Esto supone ejecutar rutinas de verificación de sintaxis, de compilación y demás, que complementan el acople del modelo dentro del módulo de estabilidad. q Proceso de Pruebas y Documentación. Este proceso consiste en realizar urna verificación del funcionamiento del modelo desarrollado, buscando: m Comprobar la adecuada conectividad (flujo de señales), interfaz o comunicación entre los elementos del sistema y los modelos desarrollados. m Verificar el adecuado funcionamiento del dispositivo modelado (velocidad de respuesta, forma de onda, no linealidades, etc.). m Generar documentación que permita dar soporte a los posteriores usuarios para el uso adecuado del modelo.

10.3 Proceso de Modelamiento 10.3.1 El problema del modelamiento Es importante identificar la incidencia que tiene el adecuado modelamiento de un sistema eléctrico de potencia en el análisis de estabilidad. En la medida que las modelos empleados reflejen adecuadamente el fenómeno que se quiere analizar, se tendrá urna garantía en las resultados obtenidos. La estructura que se propone para el modelamiento de un sistema y las parámetros empleadas, se pueden evaluar de acuerdo a los siguientes criterios: m Tamaño del sistema: Esta es una cualidad importante debido a que grandes y pequeños sistemas tienen diferentes parámetros claves de influencia directa; así por ejemplo, para un sistema de potencia pequeño, la dependencia de las cargas con la frecuencia no es tan relevante, como sí lo es para sistemas grandes. m Tamaño de la unidad: La importancia del tamaño de una unidad de generación radica en que tanto para los análisis de estado estable como transitorios, las unidades grandes representan para el sistema una mayor influencia en la respuesta final. m Estructura del sistema: Para el análisis de una red en particular, independientemente del tamaño del sistema y de las unidades, su estructura puede ser de mayor relevancia sobre cualquier otro factor, como es el caso por ejemplo de sistemas radiales. m Fallas en el sistema: Lo más mi portante para las condiciones de modelamiento del sistema son las fallas aplicadas y las consecuencias asociadas con este fenómeno. Por ejemplo, para el caso de análisis de sintonización de un estabilizador de potencia, no seria relevante el modelamiento de controles lentos de reactivos o de las calderas de las unidades térmicas.



m Tipo de estudio. En sistemas que están en etapa de planeación, se pueden emplear modelos y parámetros típicos, mientras no exista información adicional disponible. Sin embargo, para ampliaciones del sistema puede ser necesaria una representación más detallada. En casos de análisis de problemas operacionales y de optimización de la operación es indispensable contar con modelos detallados de los componentes más importantes. Algunos de las objetivos buscados en el modelamiento de un sistema pueden ser: m Análisis de problemas o de mal funcionamiento de los controladores, especialmente bajo condiciones de perturbación. m Modelamiento de sistemas no convencionales y de esquemas de control implementados en la red de potencia. m Ejecuciones de estudio durante las fases de diseño y especificación de componentes y redes. Independientemente del sistema analizado, si a la representación del sistema no se le puede aplicar un modelo de la IEEE o cualquier otro tipo de modelo estándar, se debe recurrir a la utilización de un método flexible para la realización de modelos individuales que se adapten a las necesidades del sistema. En este punto el uso del lenguaje de simulación ofrecido por el programa cubre todas estas expectativas.

10.3.2 Características del lenguaje de simulación La filosofía de funcionamiento del lenguaje es proveer la posibilidad de interactuar con el programa fuente durante una simulación del sistema, a través de elementos modelados y codificados por el usuario, los cuales buscan reflejar un comportamiento determinado del sistema. Las principales características de la relación entre la plataforma DIgSILENT con el lenguaje de simulación DSL son: m Acceso a variables del sistema: voltajes, corrientes, ángulos, potencias., impedancias, variables lógicas, variables de posición (cambiatomas) variables de tipo mecánico (torques) y otros. m Control de la ejecución de la simulación desde los modelos, vía comandos de interrupción o salida (Fault - Output). m Posibilidad de comunicación directa entre los modelos mismos. m Revaluación continua de las matrices del sistema, ante el uso de modelos que modifiquen la estructura del sistema de potencia (como por ejemplo, inductancias variables, fuentes de corriente, etc.). m Salida y monitoreo: La falla en los datos asignados al caso para el cálculo del flujo de carga, el cálculo de las condiciones iniciales o condiciones inadecuadas para el arranque de la simulación ofrecen al usuario un soporte a través de diferentes mensajes que presentan la información sobre el elemento y el tipo de talla en la simulación. Otro error frecuente en los datos de entrada es la asignación de valores a los parámetros de los modelos que estén por fuera del rango permitido. Toda esta información se presente en la ventana de salida.



10.3.3 Funciones Implementadas 10.3.3.1

Funciones Estándar sin(x) cos(x) tan(x) asin(x) acos(x) atan(x) sinh(x) cosh(x) tanh(x) exp(x) ln(x) log(x) sqrt(x) sqr(x) pow (x,y) abs(x) min(x,y) max(x,y) modulo(x,y) trunc(x) frac(x) round(x) ceil(x) floor(x) pi () twopi () e ()

10.3.3.2

seno coseno tangente arco seno arco coseno arco tangente seno hiperbólico coseno hiperbólico tangente hiperbólica valor exponencial logaritmo natural logaritmo en base 10 raíz cuadrada potencia de 2 potencia de y valor absoluto valor más pequeño valor más grande residuo de x/y parte entera parte fraccionaria redondear entero superior entero inferior 3.141592... 6.283185... 2,718281...

sin(1.2)=0.93203 cos(1.2)=0.36236 tan(1.2)=2.57215 asin(0.93203)=1.2 acos(0.36236)=1.2 atan(2.57215)=1.2 sinh(1.5708)=2.3013 cosh(1.5708)=2.5092 tanh(0.7616)=1.0000 exp(1.0)=2.718281 ln(2.718281)=1.0 log(100)=2 sqrt(9.5)=3.0822 sqr(3.0822)=9.5 pow(2.5, 3.4)=22.5422, abs(-2.34)=2.34 min(6.4, 1.5)=1.5, max(6.4, 1.5)=6.4, modulo(15.6, 3.4)=0.58823, trunc(-4.58823)=-4.0000 frac(-4.58823)=-0.58823 round(1.65)=2.000 ceil(1.15)=2.000 floor(1.78) = 1.000 p=3.141592... 2p=6.283185... e=2,718281...

Funciones Especiales

lim( x, min, max ) Función limitadora no lineal. La señal asociada a esta función es igual a x siempre que se encuentre entre el límite inferior (min) y el limite superior (max). En caso que la señal x exceda un límite, la salida es igual al límite excedido.

delay(x,Tdelay ) Función de Retraso. Almacena el valor de x en el tiempo de simulación actual (Tnow) y retorna dicho valor Tdelay segundos después. Tdelay está en segundos y es mayor a cero. La expresión Tdelay debe evaluarse a un tiempo constante independiente y puede consistir por consiguiente sólo de parámetros constantes. La expresión x puede contener otras funciones.

delay(var,0) Es un caso especial de la función delay, y regresa el valor del último paso de tiempo.



select (bool exp r , x, y ) Función Condicional. Esta función entrega el valor x si la boolexpr es verdadera, de lo contrario entrega el valor y.

lapprox( X , x1, y1, x 2, y 2,...) Función Aproximación Lineal. Retorna la aproximación lineal y = f(X) donde f es definido por los puntos (xi, yi)

lapprox( X , array _ iiii ) Función Aproximación Lineal. Retorna la aproximación lineal y = f(X) donde f es definido por un arreglo de datos (array_iiii). El ingreso de estos datos se hace en la segunda máscara de datos de la definición del bloque.

invlapprox(Y , x1, y1,...) Inverso de la Función lapprox. Devuelve x = f_inverse(Y).

invlapprox(Y , array _ iiii ) Inverso de la Función lapprox. Utiliza un arreglo de datos.

picdro(bool exp r , Tpick , Tdrop ) Función Lógica pick-up drop-off. Es útil para las paradas. Regresa el estado lógico interno: 0 ó 1. m Cambia de 0 a 1 cuando boolexpr es verdadera, con un retardo de Tpick segundos. m Cambia de 1 a O cuando boolexpr es falsa, después de transcurridos Tdrup segundos de haber alcanzado dicha condición.

time(

)

Función Tiempo de Simulación. Retorna el tiempo de simulación actual

10.4 Elementos Básicos 10.4.1

Composite Model (Modelo Compuesto)

Un modelo compuesto es una máscara que se usa para "administrar los modelos asociados a una máquina o un sistema", en la cual se seleccionan todos los modelos y elementos que se quieren relacionar.



La gráfica anterior muestra un modelo compuesto que se usa para describir los elementos asociadas a una máquina sincrónica (controles). En él se pueden identificar los siguientes elementos constitutivos: m Máquina sincrónica (sym) m Regulador de tensión (VCO) m Regulador de Velocidad (PCO) m Unidad primo motriz (PMU) m Estabilizador del sistema de potencia (PSS) m Conexión con la red de potencia global (Grid)

10.4.2 Composite Frame (Marco Compuesto) Un Frame es una plantilla o estructura en la cual se definen las interfaces o vías de comunicación de las distintas señales entre los bloques o modelos que van a definirse dentro de un Composite Model.

La figura anterior muestra el Frame que emplea el DIgSILENT para unidades sincrónicas. En ella se pueden observar las señales que se conectan entre todos los modelos que componen el Frame.

10.4.3 Blocks (Bloques) Un composite block diagram es una representación gráfica de una función matemática que produce una o más señales de salida como función de una o más señales de entrada. Un block diagram también puede tener límites (valores mínimos y máximos) como señales de entrada. Los block diagrams constan básicamente de los elementos siguientes: m Puntos de suma: que producen una sola señal de salida: y=(u0+u1+...) m Multiplicadores: que producen una sola señal de salida: y=(u0*u1 *...) m Divisores: que producen una sola señal de salida: y=(u0/u1 /...) m Selectores: que producen una sola señal de salida: y=u0 o y=u1 m Líneas de señal: producen una o más señales de salida a partir de una entrada: y0=y1=... =u m Bloques de Referencia: qué se usan para incluir otras definiciones de bloques.



10.4.3.1

Macros

Existen bloques que son empleados para definir urna función macro.

1

u

y

sT x: Variable de Estado. G(s): Función de Transferencia

La figura anterior muestra un Bloque Integrador. transferencia es la siguiente:

La ecuación que define su función de

y = u * G( s) = u *

1 sT

y * ( sT ) = u = ( sy ) * T x= y Þ

x. = y. = sy

x. * T = u x. =

u , para T>0 T

Se puede observar que la variable de estado (x) asociada al bloque tiene correspondencia con la señal de salida (y). La derivada o el cambio de la variable de estado es igual al cambio en la salida del bloque. Para las demás macros de que se dispone en la base de datos, se tiene la definición de las señales de entrada y salida, sus limitadores, sus ecuaciones, sus parámetros y demás información asociada a la macro. Las condiciones iniciales (condiciones de arranque) no están definidas para ninguna de las macros dentro de le librería. El proceso de definición de las condiciones iniciales lo debe completar el usuario y depende del modelo y de las macros que se estén usando.

10.4.3.2

Funciones Complejas

Existe la posibilidad de tener más de urna función básica o primitiva dentro de un bloque. Un ejemplo de ello sería un control PID el cual tiene en su interior tres bloques primitivos: un bloque derivador, un bloque proporcional y un bloque integrador.

10.4.3.3

Herramientas del diagrama de bloques

El proceso para generar un nuevo blocks or slots diagram sobre el cual se crean los Frames, se puede llevar a cabo, bien desde el Data Manager o bien desde el Graphic Windows. Estos diagramas cuenta con su propia barra de herramientas con los siguientes botones: m Bloque m Slot m Sumador m Multiplicador m Divisor - 42 Copy Right: Interconexión Eléctrica S.A. E.S:P.


m Selector m Conector m Ayuda gráfica línea m Ayuda gráfica línea abierta m Ayuda gráfica línea cerrada m Ayuda gráfica rectángulo m Ayuda gráfica texto m Ayuda gráfica sector m Ayuda gráfica arco m Ayuda gráfica circulo m Editor de datos de objetos m Editor de gráficos de objetos

10.5 Modelamiento de un Regulador de Tensión En la siguiente figura se muestra el diagrama de bloques del control de tensión que se quiere construir. Las características más importantes de este control de voltaje son: m Manejo de la señal de entrada a través de un filtro (constante de tiempo Tr). m Suma las señales de voltaje de entrada, voltaje de referencia y ajuste del PSS. m Suma las señales de error / corrección de voltaje y realimentación de la tensión de salida de la excitación a través del lazo de estabilización (parámetros Kf y Tf). m Bloque del regulador, en el cual se definen la ganancia y la constante de tiempo del circuito regulador (parámetros Ka y Ta). m Bloque limitador que cumple una función de limitación de la señal del regulador (límites VRmax y VRmin). m Bloque del sistema de excitación en el que se definen las constantes del sistema de excitación (Ke y Te). m Bloque de saturación, en el que se modela la característica de saturación de la máquina (parámetro SE).



Los valores de los parámetros del modelo son los que a continuación se detallan. Parámetro Tr Ke Kf Ka Te Tf Ta SE Vrmin Vrmax Vref

10.5.1

Descripción Constante de tiempo del filtro de entrada de regulación (s) Constante del excitador relacionada al campo autoexcitado (s) Ganancia del circuito estabilizador del regulador (pu) Ganancia del regulador (pu) Constante de tiempo de la excitación (s) Constante de tiempo del circuito estabilizador del regulador (s) Constante de tiempo del regulador (s) Función de saturación del regulador (pu) Valor mínimo de salida del bloque regulador (pu) Valor máximo de salida del bloque regulador (pu) Voltaje de referencia del regulador (pu)

Valor 0.015 1.000 0.400 250.000 0.980 0.250 0.100 0.500 -7.600 7.600 Consigna

Proceso de Modelamiento

El proceso de modelamiento en Power Factory se puede resumir de la siguiente forma: m Recolectar la información: básicamente es la consecución del diagrama de bloques del modelo y de las valores de los parámetros de ajuste. m Generar una nueva hoja de diagrama de bloques. m Dibujar los bloques y los operadores m Asignar las macros a los bloques. m Hacer la conexión de todas las señales. m Definir las condiciones iniciales del modelo. m Hacer la comprobación y compilación. Hasta este punto ya se ha completado el proceso de creación del modelo. Una vez creado el modelo en la librería, lo siguiente que debe hacerse es implementar su uso de la siguiente forma: m Generación del objeto Composite Model. m Generación del objeto Common Model. m Selección del Frame, los modelos y el objeto sobre el cual van a operar. m Pruebas de funcionamiento y documentación.



10.5.1.1

Generación una nueva hoja de diagrama de bloques

m Abrir el Data Manager m Ubicarse dentro de la librería en la carpeta que se va a crear el modelo. m Pulsar el botón derecho sobre esa carpeta. m En el menú contextual seleccionar New y posteriormente Block/Frame Diagram. Esto crea un objeto BlkDef y abre el siguiente diálogo.



Por el momento, lo único que hay que introducir es el título del modelo.



10.5.1.2

Creación de los bloques y operadores

Sobre la hoja de diagrama de bloques creada se dibujan todos los bloques y operadores del control que se va a crear. Esto se realiza pulsando el respectivo icono (block reference y summation point) y posteriormente pulsando sobre el espacio de trabajo de la hoja de gráficos de bloques en el punto donde desea dibujarse. Una vez realizado esto, el diagrama debe verse como se muestra en la figura.

10.5.1.3

Asignación de Macros a los Bloques

La construcción de un modelo de control completo requiere de varias funciones o modelos básicos o primitivos (macros). Para tener un manejo integrado del modelo que se va a crear, es necesario generar una carpeta al interior del modelo, y copiar en ella todas las macros que van a emplearse. Para editar los bloques se pulsa dos veces sobre él. Esta acción abre la caja de diálogo que se muestra. m El campo Name se usa para identificar la función del bloque en particular: Filtro de Medida. m En el campo Type se selecciona la macro con la función de transferencia que se requiere en ese bloque: 1/(1+sT). Una vez se especifica el campo Type, el programa identifica que el bloque tiene una parámetro T y una variable de estado x. De la misma manera se procede para los demás bloques del modelo. La misma macro puede ser leída por tantos bloques como se necesiten.

10.5.1.4

Conexión de las señales

En esta etapa se conectan todas las señales de salida con las respectivas señales de entrada. Esto se realiza con la ayuda del icono signal, pulsándolo y posteriormente pulsando secuencialmente los puntos de entrada y de salida de cada señal que se quiere conectar. Es posible cambiar el nombre del conector pero no de las



señales de entrada y de salida, ya que éstos los lee directamente de los elementos que está conectando. El diálogo para hacerlo se activa pulsando dos veces sobre el conector.

Los sumadores por defecto consideran que todas las señales de entrada se suman. Para hacer que una entrada se reste se debe especificar en su ventana de diálogo como una señal invertida.

10.5.1.5

Inicialización del Modelo

Una vez efectuada la labor de cableado, se procede a realizar las labores de verificación del modelo, los parámetros, los nombres asignados a las variables y finalmente sus condiciones de arranque. El proceso de inicialización de este modelo debe concluir con las siguientes ecuaciones:

Las condiciones iniciales de todas las variables de estado pueden introducirse en el Block Definition. Y esto es lo más aconsejable, ya que de esta manera se pueden tener todas las ecuaciones de condiciones iniciales juntas. En este caso la señal que se toma del PSS se inicializa en cero. Esto puede hacerse en el caso que la unidad que va a usar este VCO no tenga PSS. En caso contrario, esta señal no debe ser inicializada, ya que su valor inicial es leído directamente del modelo del PSS.



10.5.1.6

Ejecución de la Rutina de Prueba

Una vez introducidas las condiciones iniciales, se procede a chequear que el modelo esté bien elaborado, que las sintaxis no presenten errores y, finalmente, a compilarlo. q Elementos constitutivos, ecuaciones y macros: Las funciones de revisar los elementos constitutivos, chequear las ecuaciones del modelo y realizar el reemplazo de las macros utilizadas en el modelo con el fin de comprobar su sintaxis, se llevan a cabo con los botones Contents, Equations y Macro Equat respectivamente, que también pertenecen a la ventana de diálogo del Block Definition. q Chequeo y verificación de las condiciones iniciales: Este proceso no es otra cosa que la comprobación desde el software de que las condiciones iniciales definidas en el modelo y las calculadas a través de las ecuaciones escritas en el mismo sean iguales. Estas funciones se realizan con los botones Check y Check Inc. q Compilación y carga en la librería de funciones: Al ejecutar el botón Compile el programa genera en su carpeta de instalación DSL tres archivos con extensiones *.dig, *.cxx y *.def que agilizan la interacción del modelo del usuario con el módulo central del programa. q Proceso de compactación de un modelo: Esta función la realiza el botón Pack, y es útil cuando el modelo emplea referencias de bloques básicos o primitivos que no se encuentren al interior del modelo mismo. Con esto se logra actualizar la librería interna quedando el modelo como un solo objeto integro, lo cual a su vez facilita el proceso de exportación.



Cuando en el desarrollo del modelo se emplean los bloques básicos dentro del bloque que constituye el desarrollo del modelo completo, este botón aparece como no disponible.

10.5.1.7

Creación del Composite Model

El Composite Model es el objeto que permite hacer referencia al Composite Frame. Este objeto, es el que permite seleccionar los modelos y elementos que quieren relacionarse definiendo así el efecto de control que se quiere. Para crear un Composite Model: m En un Data Manager, se selecciona el área (grid) en la que está ubicado el generador. m Se pulsa el botón New Element. m En el menú de opciones Elements se selecciona Composite Model. Esto crea el Composite Model y abre su caja de diálogo: m En Type se selecciona de la librería local el Composite Type Sym. automáticamente los slots que componen este Composite Model.

Esto carga

m En la celda al lado derecho del slot sym, se pulsa dos veces para seleccionar el generador al que se le van a asignar los modelos desarrollados. Las siguientes ventanas muestra la evolución de la ventana de diálogo a medida que se van desarrollando estos pasos.

10.5.1.8

Creación del Common Model

Cuando el proceso de condiciones iniciales y compilación ha concluido satisfactoriamente, el modelo ya está en condiciones de ser usado. Para ello, el paso a seguir es crear un objeto que proporcione una interface de comunicación con el usuario en la que éste sólo tenga que definir el valor de los parámetros de ajuste. Este objeto es el Common Model.



Para crear este objeto: m En un Data Manager, se selecciona el Composite Model dentro del área (grid) en la que está ubicado el generador. m Se pulsa el botón New Element. m En el menú de opciones Elements se selecciona Composite Model. Esto crea el Common Model y abre una especie de Data Manager en el que debe seleccionarse el Block Definition del VCO que se creó. Al presionar el botón de aceptar aparece un diálogo que es la interface de comunicación con el usuario para que este defina allí los ajustes del modelo. m En Name colocamos el nombre con el que se quiera identificar el modelo. m En la columna Parameter se colocan los valores de ajuste del modelo especificados al principio. Para concluir, se debe editar nuevamente el Composite Model para asignar este VCO en el vco slot, de la misma manera que ya se había hecho para asignar el generador. La siguiente figura muestra como debe verse el Composite Model una vez que se haya concluido con este procedimiento.

10.5.2

Pruebas de Funcionamiento

Para probar la funcionalidad y los ajustes del modelo se ejecutan simulaciones de estabilidad dinámica. A continuación se describen los tipos de fallas que comúnmente se implementan para probar cada tipo de regulador. m Pruebas típicas para reguladores de tensión: Ø Cortocircuitos



Ø Cambio de carga (toma o pérdida de carga) Ø Cambio en la señal de control del regulador (voltaje de consigna) Ø Pruebas para verificación de la operación de los limitadores (voltajes de techo, niveles de saturación, corriente de excitación, etc.) Ø Pruebas para verificación de la señal de entrada al regulador.(cuando exista PSS) m Pruebas típicas para reguladores de velocidad: Ø Cambio de carga (toma o pérdida de carga) Ø Cambio en el torque mecánico de la máquina Ø Cambio en la consigna del regulador (ajuste de la potencia o la velocidad) Ø Pruebas para verificación de la operación de los limitadores (control por aceleración, carga máxima y mínima, tasa de cambio o velocidad de respuesta del regulador, etc.) m Pruebas típicas para controles de primotor: Ø Potencias máxima y mínima de salida Ø Verificación de las no linealidades, dependiendo del tipo de turbina modelada. m Pruebas a otros modelos Se realizan las pruebas especificas que sugiera el tipo de dispositivo bajo análisis, así por ejemplo, si se tratara de un modelo de control de teledisparo, sería conveniente verificar el esquema de disparo, los tiempos de disparo y las demás variables asociadas al modelo.

10.6 Modelamiento de un Regulador de Velocidad

Este diagrama de bloques corresponde al modelo de control de velocidad típico para una turbina a vapor. Las funciones implementadas en este modelo son las siguientes: m Bloque droop: Valor del ajuste de característica de respuesta velocidad/carga en la máquina (parámetro droop en %). m Bloque del regulador: Bloque con la constante de tiempo del convertidor E/H (parámetro T1). m Bloque del servomotor: Estos bloques reflejan la dinámica del servomotor, es decir, la limitación en la velocidad de apertura y cierre (Parámetros T2, op_max, op_min). m Posiciones máxima y mínima de salida: Dinámica del bloque integrador que refleja la dinámica de la válvula (Parámetros at_max y at_min). Los parámetros de ajuste para este modelo se detallan en la siguiente tabla.



Parámetro Droop T1 T2 op_min op_max at_min at_max

Descripción Droop (%) Constante de tiempo del regulador (s) Constante de tiempo del servomotor (s) Velocidad mínima de cierre (pu/s) Velocidad máxima de cierre (pu/s) Posición mínima de la válvula (pu/s) Posición máxima de la válvula (pu/s)

Valor 5.000 0.220 0.250 -1.000 0.100 0.000 1.000

El proceso de modelamiento en Power Factory es el mismo que ya se indicó para la creación del regulador de tensión. Las condiciones iniciales del regulador de velocidad dependen de las condiciones de la máquina vistas desde el flujo de carga. Estas condiciones se reflejan directamente como condiciones impuestas a la unidad primomotriz (modelo de la turbina). A continuación se presenta un modelo de turbina, el cual puede ser asociado a este regulador de velocidad para completar así el proceso de inicialización del modelo.

10.7 Modelamiento de una Turbina de Vapor Este diagrama de bloques corresponde al modelo de una turbina a vapor. Los elementos que lo

componen son los siguientes: m Bloque de cámara de vapor. Filtro que representa la dinámica del sistema de acumulación de vapor. Su constante de tiempo es T3. m Bloque del recalentador. Filtro que representa la dinámica del recalentador en el sistema de turbina de la planta. Su constante de tiempo es T4. m Bloque de tuberías. Filtro que representa el comportamiento del juego de tuberías de transporte de vapor para la sección de baja presión de la turbina. Su constante de tiempo es Ts. Los parámetros de ajuste para este modelo se detallan en la siguiente tabla. Parámetro T3 T4 TS KLP KIP KHP

Descripción Constante de tiempo de la dinámica del sistema de acumulación de vapor (s) Constante de tiempo del recalentador (s) Constante de tiempo de tuberías (s) Fracción de participación generación de potencia etapa BP (pu) Fracción de participación generación de potencia etapa PI (pu) Fracción de participación generación de potencia etapa AP (pu)

Valor 0.210 11.000 0.400 0.335 0.404 0.261

El proceso de modelamiento en Power Factory es el planteado en el desarrollo del modelo del regulador de tensión.



11 Armónicos 11.1 Parámetros Dependientes de la Frecuencia Debido al efecto piel y las variaciones de la inductancia interior, las resistencias e inductancias son normalmente dependientes de la frecuencia. Esto puede ser representado asociando un ”frequency characteristic” a estos parámetros en la página "Harmonics" de la respectiva caja de diálogo. Pueden usarse dos tipos de características: o una característica polinómica (ChaPol), o una tabla de frecuencia definida por el usuario (TriFreq y ChaVec). Para la característica polinómica, se usa la fórmula siguiente:

æf ö k ( f h ) = (1 - a ) + açç h ÷÷ è f1 ø

b

Las constantes a y b son los parámetros del polinomio característico. La unidad de k(fh) es % del parámetro correspondiente. Por ejemplo, la resistencia de la línea resultante se obtiene por:

R( f h ) = R * k ( f h ) La siguiente tabla muestra los valores de éstas constantes obtenidos empíricamente y usualmente usados para líneas, transformadores y máquinas. Los coeficientes para la inductancia de las líneas si pueden ser obtenidos por medio de la rutina Line Constants del ATP1, utilizando la opción JMARTI. Elemento Líneas aéreas Transformadores y máquinas

Constante a b a b

R 0.08 1.10 0.12 1.50

L 1.050 -0.135 1.000 -0.070

Para empezar a trabajar con el módulo de armónicos, lo primero que debe hacerse es definir los polinomios característicos, y posteriormente asignar a los parámetros de los equipos el respectivo polinomio característico. Procedimiento para crear los polinomios característicos: 1) Abrir el Data Manager y ubicarse en la raíz del proyecto. 2) Presionar el botón "New Element" seleccionar las siguientes opciones:

y

Ø Elements: Others Ø Filter: Characteristics Ø Element: Characteristic

Frequency

Polynom

1 Alternative Transient Program (ATP) Version of the EMTP Rule Book. Copyright 1987 by the Leuven EMTP Center (LEC) - Last revision date: July, 1987.



3) En la ventana de diálogo: Ø Parameter: fpcL líneas Ø a: 1.05 Ø b: -0.135 Procedimiento para referenciar los polinomios característicos a los parámetros de una línea: 1) En la caja de diálogo del tipo de línea, seleccionar la hoja Harmonics. Ø En R1(f) asignar: fpcR líneas Ø En X1(f) asignar: fpcL líneas

Este procedimiento concluye una vez que se hayan referenciado a sus respectivos polinomios característicos los parámetros de todas las líneas, transformadores y máquinas del sistema. Esta labor resulta menos dispendiosa si se realiza a través del Data Manager.

11.2 Fuentes de Armónicos Todo dispositivo de suicheo produce armónicos y debe representarse por consiguiente como una fuente armónica. En DIgSILENT Power Factory, las fuentes armónicas pueden ser de corriente o de voltaje y balanceadas o desbalanceadas. El procedimiento a seguir es, inicialmente crear los tipos de fuentes de armónicos y posteriormente asignar estas fuentes a los elementos del sistema generadores de armónicos. El que la fuente de armónicos sea de corriente o de voltaje depende del elemento al que se asigne. Para crear una fuente de armónicos: 1) Abrir el Data Manager y ubicarse en la raíz del proyecto.



2) Presionar el botón "New Element" y seleccionar las siguientes opciones: Ø Elements: Net Element Types Ø Element: Harmonic Sources (TypHmccur)

Los valores se ingresan como porcentaje de la componente fundamental. Se pueden crear fuentes de armónicos desbalanceadas seleccionando la opción Unbalanced y, en ese caso, se requiere ingresar las magnitudes y los ángulos para cada fase.

Para asignar un tipo de fuente de armónicos a una carga: 1) Abrir la caja de diálogo del tipo de carga. 2) Seleccionar la hoja Harmonics. Ø Current Source/Impedance: Current Source 3) Abrir la caja de diálogo de la carga a la cual se va a asignar la fuente. 4) Seleccionar la hoja Harmonics. Ø Harmonic Currents: Harmonic Source

11.3 Variables de Resultado Antes de ejecutar cualquier cálculo, es necesario definir las variables que quieren monitorearse para posteriormente graficarse. Esto puede hacerse de una manera semejante que en estabilidad, pulsando el botón derecho del ratón sobre el objeto cuyas señales quiere estudiarse, o bien desde el Graphic Windows o bien desde un Data Manager. - 56 Copy Right: Interconexión Eléctrica S.A. E.S:P.


Una vez en la ventana de diálogo Variable Set, se selecciona la hoja Harmonics. Esto desplegará una lista con todas las variables de resultados disponibles para el objeto seleccionado, para los análisis de armónicos.

11.4 Cálculos de Armónicos Hay dos funciones de cálculo para analizar armónicos en sistemas de potencia: m Análisis discreto (harmonic load flow) El flujo de carga armónico calcula los índices de armónicos para una sola frecuencia, definida por el usuario, o para todas las frecuencias a las que se tengan definidas fuentes de armónicos. m Análisis continuo (frequency scan/impedance characteristics) El análisis continuo calcula los índices de armónicos para todo el rango de frecuencias especificado.

11.4.1

Flujo de Carga Armónico

Si la opción "Single Frequency' es seleccionada, el cálculo se realiza sólo para la frecuencia especificada en el parámetro "Output frequency". Los resultados se muestran en el diagrama unifilar, de la misma manera que ocurre cuando se ejecuta un flujo de carga a la frecuencia fundamental.



Si se selecciona la opción "All Frequency', el cálculo se realiza para todas frecuencias para las cuales hay definidas fuentes de armónicos y los resultados se guardan en el objeto de resultados indicado en la línea Result Variables y que debió haber sido previamente definido.

11.4.2

Cálculo de Z(w)

Salvo para las frecuencias de salida, de parada y de paso, hay disponible una opción para hacer que el paso sea adaptable. Al habilitar esta opción se acelera la velocidad de cálculo, y es posible reforzar los resultados en los rangos que se requiera más detalle usando un paso más pequeño. Los ajustes para la adaptación del paso pueden cambiarse en la página "Advanced''. El análisis armónico continuo normalmente se usa para analizar las impedancias de la red mutuas y propias. Los resultados del análisis armónico continuo son similares a los del análisis discreto, salvo por el hecho de que los primeros se calculan para más frecuencias. Los resultados igualmente se guardan en el objeto de resultado especificado ("Result Variables').



12 Análisis Modal El análisis modal es un análisis dinámico lineal alrededor de un punto de operación, razón por la cual también se le conoce como estabilidad de pequeña señal. Su objetivo es conocer la capacidad del sistema de mantener el sincronismo cuando es sometido a pequeñas perturbaciones. La inestabilidad en este caso puede surgir de dos formas: q Incremento permanente de los ángulos del rotor de las unidades de generación debido a la carencia de torque sincronizante; q Oscilaciones del rotor de amplitud creciente debido a la carencia de torque de amortiguación. Del análisis modal se obtienen los valores y vectores propios del sistema, que en el caso de los modos electromecánicos tendrán un amortiguamiento (σ)y una frecuencia de oscilación (f=w/2p). Adicionalmente, se obtienen los factores de participación normalizados de las unidades de generación que participan en cada uno de los modos. La parte real del autovalor será una medida del amortiguamiento del modo y la parte imaginaria una medida de la velocidad angular de la oscilación que el modo representa de acuerdo con la siguiente relación:

l = s + j w = zw n + j w n 1 - z

2

w n = Frecuencia Natural z = Amortiguamiento El DIgSILENT reporta los valores de Damping=σ y Period=t (ω=2p/t) para cada autovalor así como los factores de participación de las máquinas en dicho modo. Los modos que darán origen a oscilaciones tendrán parte real igual pero con la parte imaginaria de signo contrario. Para los cálculos normalizados de x se utiliza la siguiente ecuación

z =

s s

2

+w2

Para propósitos de planeamiento, normalmente se considera un amortiguamiento aceptable aquel que sea superior al 5%, ya que mediante estabilizadores de potencia puede mejorarse la calidad del amortiguamiento. La identificación de los modos provee las herramientas para conocer si estos representan problemas de inestabilidad para la operación sincronizada de los sistemas y las medidas a tomar para amortiguarlo, generalmente mediante el ajuste de estabilizadores de potencia (PSS) de las unidades involucradas en dicho modo, o algún tipo de medida de compensación utilizando elementos de electrónica de potencia (SVC, TCSC, entre otros) con función de amortiguamiento en su ajuste.



12.1 Ejecución El análisis modal calcula los eigenvalores y los eigenvectores de un sistema dinámico multimáquina incluyendo todos los modelos de control. El botón de ejecución del análisis modal se localiza en la barra de Estabilidad. Un análisis modal puede iniciarse cuando se alcanza una condición de estado estable equilibrada en un cálculo dinámico. Normalmente, tal estado es logrado en un cálculo del flujo de carga equilibrado, seguido por un cálculo de condiciones iniciales. Sin embargo, también es posible realizar una simulación RMS equilibrada y empezar un análisis modal después de esto. El análisis modal construye una matriz del sistema a partir del flujo de carga y de los datos dinámicos. Los eigenvalores y eigenvectores son calculados directamente de esa matriz. Puesto que los cálculos de eigenvalores requieren modelos linealizados, DIgSILENT realiza automáticamente la linealización de todos los elementos relevantes del sistema. El cálculo de eigenvalores y eigenvectores es la herramienta más potente para los estudios de estabilidad oscilatoria. Para su aplicación se recomienda calcular primero los modos de oscilación natural del sistema. Éstos son los modos oscilación del sistema sin considerar la acción de los modelos de planta y de control, es decir, con las turbinas con potencia constante, con tensiones de excitación constantes, etc. De esta forma, podrá verse posteriormente el efecto de los controles sobre los modos de oscilación del sistema.

12.2 Resultados Los resultados del análisis modal están separados en dos partes: m Los eigenvalores y eigenvectores del sistema m Los factores de participación relativos de los generadores Una vez que un análisis modal se ha ejecutado, para ver los resultados: 1) Se presiona el botón "Output Calculation Analysis" 2) En LoadFlow/Simulation se selecciona Eigenvalues para activar las opciones del Output of Eigenvalues. 3) En las opciones Output of Eigenvalues puede seleccionarse si se quiere el reporte de los eigenvalores o de los factores de participación. Si se selecciona la opción de factores de participación, se habilita la opción de selección de las variables de estado, los eigenvalores y el filtro para los modos del sistema. El filtro para los eigenvalores se usa para mostrar los factores de participación sólo para modos del sistema específicos, y para ello debe estar seleccionada la opción Filtered en Select Eingenvalue(s).



13 Confiabilidad En general, la valoración de los índices de confiabilidad para la red de un sistema de potencia, o de partes de una red, es la valoración de la capacidad de esa red de proporcionar a los usuarios de la red energía eléctrica de buena calidad. En las funciones de valoración de confiabilidad del DIgSILENT, un sistema de potencia se considera confiable si sus usuarios no experimentan un gran número de interrupciones prolongadas. El cálculo de confiabilidad es por consiguiente la valoración del número, duración e importancia de las interrupciones experimentadas por los usuarios, dada la información de falla del sistema y la caracterización de la demanda. Se dispone de tres funciones de valoración de confiabilidad diferentes: m Análisis de contingencia: Valoración no estocástica de máxima y mínima carga y tensión para combinaciones específicas indisponibilidades. m Confiabilidad de generación: Valoración de la capacidad del parque generador para cubrir la demanda total del sistema. m Confiabilidad de red: Valoración de datos de interrupción estadística para cargas y subestaciones individuales de la red.

13.1 Análisis de Contingencia Inicialmente debe definirse con cuáles elementos se debe realizar el ejercicio. El primer paso para hacerlo es crear un Objeto de Selección dentro del cual se ha de especificar todos los elementos del sistema a tener en cuenta en la simulación. m Se selecciona la carpeta Caso Base. m Se pulsa el icono New Object. m Element: Others. m Filter: Settings. m Element: Set. Esto abre una nueva ventana de diálogo en la cual se define su nombre y tipo de simulación en la que será empleada. m Name: Outage Set. m Used for: (n-1) Outage Simulation. m Pulsar el botón Contents. Esto a su vez, abre otra ventana en la cual se deben definir los elementos con los cuales se desea hacer la simulación. 1) Se pulsa el icono New Object. 2) Se pulsa en la flecha negra del ítem Reference. 3) Se pulsa en Select.



Aparece un Data Manager en el cual debe seleccionarse uno de los elementos de la red que desee definirse para la simulación. Una vez definido el Outage Set de esta manera, para agregar más elementos que intervengan en la simulación puede seguirse uno de varios procedimientos: m Repetir los últimos tres pasos anteriores (que resulta ser la manera más dispendiosa). m En la ventana de gráfico, hacer una selección múltiple de todos los elementos que se desean incluir. Pulsar el botón derecho del ratón sobre uno de los elementos seleccionados. En el menú contextual, seleccionar “Add to...” y posteriormente “Outage Set...”. m En el Data Manager, hacer una selección múltiple de todos los elementos que se desean incluir. Pulsar el botón derecho del ratón sobre uno de los elementos seleccionados. En el menú contextual, seleccionar “Add to...” y posteriormente “Outage Set...”. Una vez definidos todos los elementos que se quiere que intervengan en la simulación, se procede a ejecutar el flujo de carga con la opción “Outage Simulation”. Pero antes de ejecutarlo debe especificarse cual es el objeto de selección que contiene la lista de elementos que han de intervenir en la simulación. Esto se hace en la carpeta Outage Simulation. En el ítem Selection se escoge el objeto de selección que acabamos de definir y que se encuentra dentro de la carpeta Caso Base. En las opciones que aparecen bajo “Check Devices”, se establecen los límites de sobrecarga y tensiones para el reporte de elementos del sistema que los excedan en cada caso. Para agregar más líneas o transformadores a la selección inicial, se selecciona(n) el (los) elemento(s), bien sea en el gráfico o en el Data Manager, y pulsando el botón derecho del ratón sobre ella en el menú contextual que aparece se selecciona “Add to...” – “Outage Set...”.



13.2 Preparar Simulación N-K

Para definir un juego de casos de contingencias rápidamente, se dispone de un comando especial "Prepare N-K Simulation''. Este orden aparecerá en un menú contextual cuando se selecciona por lo menos un elemento en un gráfico con el botón derecho del ratón y se selecciona la opción Calculate – Outage Simulation. De esta forma se crean referencias a los elementos seleccionados automáticamente y se prepara una simulación de contingencias "n-1'' o "n-2''. Opcionalmente, pueden agregarse todos las líneas, transformadores o generadores a los elementos seleccionados. El comando de preparación reemplazará el Outage Set actualmente activo por la selección que se está haciendo. Es decir, reemplazará todos los casos de contingencias que previamente hubieran sido definidas por el nuevo juego de casos de contingencia.

Las simulaciones de contingencias pueden generar cuatro reportes diferentes: m Máxima carga de cada circuito. Muestra la máxima condición de carga encontrada en todos los casos de contingencias evaluados, para todas las líneas y transformadores indicando, además del nivel de carga, los elementos que al fallar la producen.



m Rangos de tensiones Muestra la mayor y menor tensión encontrada en todos los casos de contingencias evaluados, para todas las subestaciones indicando los elementos que al fallar la producen. m Circuitos sobrecargados Muestra todos los casos de contingencias que generaron sobrecargas en líneas o transformadores indicando, además del nivel de carga, los elementos que al fallar la producen. m Violaciones de tensiones Muestra todos los casos de contingencias que generaron violaciones de tensión indicando, además del valor de la tensión, los elementos que al fallar la producen.

13.3 Modelos de Falla 13.3.1 Modelos de Falla para Subestaciones Para definir el modelo de falla en una subestación: m Se abre el diálogo de edición de los datos de la subestación. m Se selecciona la hoja Raliability. m En la opción Element model se selecciona la flecha vertical y posteriormente la opción Select Project Type. m En el diálogo que se abre se oprime el icono New element. Esto crea un diálogo Bar Type Failure que permite definir el modelo estocástico de fallas de la subestación. m Se fija la tasa de falla para la subestación, la tasa de falla para los elementos conectados a ella y la duración promedio de las fallas, todos con su factor de forma.

13.3.2 Modelos de Falla para Líneas Para definir el modelo de falla en una línea: m Se abre el diálogo de edición de los datos de la línea. m Se selecciona la hoja Raliability. m En la opción selecciona la

Element model se flecha vertical y



posteriormente la opción Select Project Type. m En el diálogo que se abre se oprime el icono New element. Esto crea un diálogo Line Type Failure que permite definir el modelo estocástico de fallas de la línea. m Se fija la frecuencia o la expectativa de falla de la línea por cada 100 km de longitud y la duración promedio de las fallas, todos con su factor de forma.

13.3.3 Modelos de Falla para Transformadores Para definir el modelo de falla en un transformador: m Se abre el diálogo de edición de los datos del transformador. m Se selecciona la hoja Raliability. m En la opción Element model se selecciona la flecha vertical y posteriormente la opción Select Project Type. m En el diálogo que se abre se oprime el icono New element. Esto crea un diálogo Transformer Failures que permite definir el modelo estocástico de fallas del transformador. m Se fija la frecuencia o la expectativa de falla del transformador y la duración promedio de las fallas, ambos con su factor de forma.

13.3.4 Modelos de Falla para Generadores Para definir el modelo de falla en un generador: m Se abre el diálogo de edición de los datos del generador. m Se selecciona la hoja Raliability. m En la opción Stochastic model se selecciona la flecha vertical y posteriormente la opción Select Project Type. m En el diálogo que se abre se oprime el icono New element. Esto crea un diálogo Stochastic Synchr. Gen. Model que permite definir el modelo estocástico libre de fallas del generador. m En la hoja Stochastic model se crean tantas filas como estados se quieran representar, identificando cada uno de ellos. m La definición del modelo estocástico puede hacerse de dos maneras: - 65 Copy Right: Interconexión Eléctrica S.A. E.S:P.


Ø

Con las tasas de transición (Modelo Homogéneo de Markov). Si adicionalmente se definen factores de forma mayores a 1, se convierte en un Modelo Weibull-Markov de datos homogéneos.

Ø Con las duraciones de estados y las probabilidades de transición (Modelo Weibull-Markov). m Para especificar los estados que quieren representarse, en la hoja Basic Data se define en cada uno la potencia aparente nominal de la planta y el número de unidades fuera de servicio.

13.3.5 Modelos de Carga Estocásticos En las cargas pueden implementarse dos modelos de fallas: m Modelo de carga local m Modelo de carga de área El modelo de carga local se define creando un modelo estocástico Weibull-Markov, el cual puede tener dos o más niveles de carga con sus respectivas frecuencias, probabilidades de ocurrencia y probabilidades de transición. Adicionalmente al modelo W-M, la carga local estocástica tiene los siguientes atributos para cada estado: m Porcentaje de demanda de potencia activa m Porcentaje de demanda de potencia reactiva El modelo W-M puede definirse manualmente o puede crearse a partir de una curva de carga pico en la página Extra del diálogo para crear el modelo estocástico de carga y, a su vez, esta curva de carga puede ser un vector o un archivo de medida.

El procedimiento para definir el modelo de carga local es el siguiente: m Se abre el diálogo de edición de la carga. m Se selecciona la página de Confiabilidad.



m En Characteristic se selecciona Local Model. m Se presiona el icono New Object. Esto abre el diálogo de un Stochastic Load Model, en el cual se especifican todos los datos del modelo.

13.3.6 Modelos de Carga de Área El modelo de carga de área puede ser definido por medio de una curva de carga pico, una curva de duración de carga o un modelo estocástico Weibull-Markov. La carga pico o las curvas de duración de carga pueden ser definidas con un vector característico o con un objeto archivo de datos externos. El procedimiento para definir el modelo de carga local es el siguiente: m Se abre el diálogo de edición de la carga. m Se selecciona la página de Confiabilidad. m En Characteristic se selecciona Area Model. m Se presiona el icono New Object. Esto abre el diálogo de un Area Load Model, en el cual se puede especificar una predicción de demanda de área, un escenario de crecimiento de la demanda del área, o ambos. m Se crea la predicción de demanda empleando una vector relativo de curva de duración de carga (período de horas o días generalmente), un modelo estocástico o un archivo de medida. m

Se crea el escenario de crecimiento de demanda empleando un vector característico absoluto (período anual generalmente).

13.3.7 Funciones de Costo de Interrupción Las funciones de costo de interrupción se definen como un vector característico unidimensional con una escala de tiempo (generalmente con períodos de minutos). La escala de tiempo puede ser de cualquier orden, pero en todo caso monótonamente creciente.



Las funciones de costo de interrupción no son interpoladas. El costo de interrupción usado para una determinada duración de interrupción permanecerá constante entre rangos de duración.

13.3.8 Transferencia y Reducción de Cargas La transferencia de carga y la reducción de carga se realiza con el fin de aliviar sobrecargas en el sistema. Cuando se detectan sobrecargas en la condición post-falla del sistema, se inicia una búsqueda de las cargas que pueden estar contribuyendo a esas sobrecargas. Estas sobrecargas son reducidas siguiendo uno de los siguientes procedimientos: m Transfiriendo algunas de esas cargas, si es posible. m Reduciendo algunas de esas cargas, comenzando con las cargas de menor prioridad. Cada modelo de carga usa tres valores para describir la transferencia de carga y las posibilidades de reducción: m El numero de pasos de reducción define la mínima cantidad de carga que puede ser reducida. Cuatro pasos de reducción significa que la carga sólo puede ser reducida en pasos del 25%. Cero pasos de reducción significa que la carga puede ser reducida en cualquier cantidad. m La prioridad de la carga se usa para determinar cuales cargas reducir. Las cargas con la menor prioridad son reducidas. m El porcentaje de transferencia de carga define la cantidad de carga que puede ser transferida a cualquier parte de la red. La red que requiere la transferencia de la carga no se considera. Un porcentaje de transferencia de carga del 30% significa que hasta un 30% de la carga puede ser transferido. Un porcentaje de 0% significa que no puede transferirse.

13.3.9 Mantenimiento El mantenimiento se incluye en el análisis de confiabilidad definiendo uno o mas bloques de mantenimiento. Un bloque de mantenimiento consta de: m Una lista de objetos para mantenimiento m Un calendario de mantenimiento.



Todos los objetos que se definan en la lista de objetos serán sacados de servicio para

mantenimiento por el bloque de mantenimiento junto. El calendario de mantenimiento es una lista de instantes en el tiempo determinísticos en los cuales se iniciará el mantenimiento. Para cada mantenimiento planeado debe indicarse su duración.

13.3.10

Modos Comunes de Falla

Todos los componentes de falla son modelos independientes. Dos o mas objetos pueden compartir el mismo modelo de falla, pero su comportamiento de falla será diferente. Desde los modelos de falla, la expectativa de contingencia puede ser calculada como el promedio de la fracción de tiempo, o el promedio de tiempo por año, durante el cual el elemento no está disponible.

13.4 Valoración de Confiabilidad de Generación-Demanda Al evaluar la confiabilidad del sistema de Generación – Carga se inicia una simulación Montecarlo. El procedimiento es el siguiente: m Se activa la barra de herramientas de confiabilidad. m Se presiona el icono Level 1 Reliability Assessment. Se abre un diálogo Reliability Calculation.



Los parámetros del diálogo son los siguientes: m Stop Time. Define el período de simulación. m Result Interval. Define los períodos para los cuales los índices de confiabilidad dependientes del tiempo serán calculados. m Maximum number of runs. Es la primera limitación en el número de simulaciones que se hacen para calcular los valores promedio (>100). m Max. absolute LOLE error. Es la segunda limitación en el número de simulaciones. En el momento en que el error en el promedio LOLE es inferior a este nivel, los cálculos se detienen. m Max. relative LOLE error. Es la tercera limitación, detendrá los cálculos cuando el error relativo en el promedio LOLE sea inferior a este nivel (>10%). m Confidence level. Determina la probabilidad para la cual la búsqueda de resultados promedio se encuentre dentro del intervalo de seguridad calculado (<95%). La valoración Montecarlo produce seis tipos de resultados: m First Run Results. Guarda los valores dependientes del tiempo para la primera simulación. Por defecto se monitorea la capacidad de generación total del sistema, la demanda total del sistema y los márgenes de capacidad conjunta resultante. Otros resultados como la capacidad individual de un generador o las demandas de carga pueden ser agregados por el usuario. m Average results. Guarda los índices dependientes del tiempo LOLE, LOLF, LOLD, y EDNS, con sus respectivos niveles de confianza. m Duration results. Guarda las curvas de duración acumulativas para la capacidad de generación, la demanda de carga y el margen de capacidad resultante. m Distribution results. Guarda las distribuciones de densidad de probabilidad calculadas para la capacidad de generación, la demanda de carga y el margen de capacidad resultante. m Events. Guarda todos los eventos que tengan lugar durante la primera simulación. m Annualized average values. Valores promedio generales para la capacidad total del sistema, la demanda de carga total del sistema, el margen de reserva completo, el LOLE, LOLD, LOLF y EDNS, son calculados y almacenados internamente y usados para crear los reportes de valoración de confiabilidad.



13.4.1 Método Montecarlo Simula cronológicamente en el tiempo el sistema de potencia estocástico para un período dado. La simulación es repetida muchas veces para calcular los valores promedio, tales como la frecuencia de falla del sistema. Un sistema fallado es definido para la valoración de confiabilidad de generación como una situación en la cual no hay suficiente capacidad de generación disponible para abastecer toda la demanda del sistema. La red del sistema de potencia no es estimada. De la simulación Montecarlo se calculan los siguientes índices de confiabilidad: m LOLE (Loss Of Load Expectancy) [horas/año]. Es el promedio de tiempo al año durante el cual la demanda excede la capacidad disponible de generación. m LOLD (The Loss Of Load Duration) [horas]. Es la duración promedio de los períodos continuos durante los cuales la demanda excede la capacidad disponible de generación. m LOLF (The Loss Of Load Frequency) [1/año]. Promedio de períodos continuos al año durante los cuales la excede la capacidad disponible de generación. m EENS (The Expected Energy Not Supplied) [MW]. Promedio de demanda de energía al año que no es alimentada debido al déficit de capacidad de generación.

13.5 Valoración de Confiabilidad de Redes Una valoración analítica de los índices de confiabilidad de la red (a nivel de transmisión, subtransmisión o distribución) se realiza de la siguiente forma: m Se activa la barra de herramientas de confiabilidad. m Se presiona el icono Level 3 Reliability Assessment. Se abre un diálogo Network Reliability Analysis.

Los parámetros del diálogo son los siguientes: m Mode. Define si la valoración de confiabilidad se va a hacer para: Ø El sistema completo. - 71 Copy Right: Interconexión Eléctrica S.A. E.S:P.


Ø Un área en particular. Ø Una subestación en particular. Ø Un grupo de elementos seleccionados previamente. Ø Un FEA (Failure Effect Analysis) para un estado del sistema en el cual todos los elementos seleccionados por el usuario fallan. m Max. Contingency Level. Define el máximo número de simultaneidad de fallas independientes que serán analizadas. m Failures. Permite definir los modelos de falla a considerar en el análisis: Ø Fallas en líneas. Ø Fallas de modo común en líneas. Ø Fallas en subestaciones. Ø Fallas en transformadores. m Loadflow verification of states. Al habilitar esta opción ejecutará un cálculo de flujo de carga AC para la condición post-falla después de la cual la reducción de sobrecargas será ejecutada por medio de transferencia de cargas o de reducción de cargas. m Max. Loading of Edge Element. Define el límite de sobrecarga que será usado para los cálculos de energía en riesgo y reducción de sobrecargas.

13.5.1 Resultados Calculados La valoración de la confiabilidad de redes produce dos juegos de resultados: m Índices de puntos de carga m Índices del sistema Los índices de puntos de carga son calculados para cada punto de carga individual. Muchos de los índices del sistema son calculados a partir de estos puntos de carga. En las definiciones para los diferentes índices de confiabilidad se emplean los siguientes parámetros: m C_i

: número de usuarios atendidos por el punto i.

m A_i

: número de usurarios afectados por una interrupción en el punto i.

m Fr_k : frecuencia de ocurrencia de la contingencia k. m Pr_k : probabilidad de ocurrencia de la contingencia k. m C

: número de usuarios

m A

: número de usuarios afectados

Los índices de frecuencia y expectativa del punto de carga son: m ACIF : Frecuencia de Interrupción de Usuario Promedio. m ACIT : Tiempo de Interrupción de Usuario Promedio m LPIF : Frecuencia de Interrupción del Punto de Carga m LPIT : Tiempo de Interrupción del Punto de Carga Estos índices están definidos por las siguientes ecuaciones:



[1 a]

ACIFi = å Frk * fraci , k k

ACITi = å 8760 * Prk * frac i ,k k

LPIFi = ACIFi * C i LPITi = ACITi * C i AIDi =

[h a]

[1 a] [h a]

ACITi ACIFi

donde: i

: es el índice del punto de carga,

k

: es el índice de contingencia,

frac_i,k

: es la fracción de carga que es perdida en el punto de carga i para la contingencia k (frac_i,k=1 para el caso de cargas perdidas o para el caso de reducción de carga total)

Para el sistema analizado: m SAIFI : Índice de Frecuencia de Interrupción Promedio del Sistema [1/C/a], es la frecuencia de interrupción que resulta de dividir por la cantidad total de usuarios en el sistema analizado. m CAIFI: Índice de Frecuencia de Interrupción Promedio del Usuario [1/A/a], es la frecuencia de interrupción que resulta de dividir por la cantidad total de usuarios afectados en el sistema analizado. m SAIDI : Índice de Duración de Interrupción Promedio del Sistema [h/C/a], es el tiempo por año que los usuarios son interrumpidos, dividido por el número de usuarios total. m CAIDI: Índice de Duración de Interrupción Promedio del Usuario [h/A/a], es la duración promedio por interrupción. m ASAI : Índice de Disponibilidad de Servicio Promedio, es la probabilidad de tener una o más interrupciones de cargas. m ASUI : Índice de Indisponibilidad de Servicio Promedio, es la probabilidad de tener todas las cargas alimentadas.

å ACIF * C [1 / C / a] åC å ACIF * C [1 / A / a] CAIFI = åA å ACIT * C [h / C / a] SAIDI = åC SAIFI =

i

i

i

i

i

i

i

i

i

CAIDI =

SAIDI SAIFI

[h] - 73 -

Copy Right: Interconexión Eléctrica S.A. E.S:P.


ASUI =

å ACIT * C 8760 * å C i

i

i

ASAI = 1 - ASUI Los costos de interrupción de los puntos de carga son definidos como:

LPEIC i = å LPEIC i , k

[M $ / a]

donde LPEIC_i,k es el costo de interrupción promedio para el punto de carga i y el caso de contingencia k, considerando la función del costo de interrupción del punto de carga y la distribución evaluada de las duraciones de las interrupciones en este punto de carga para el caso de contingencia k. Para el sistema analizado, m EIC

: Costo de Interrupción Esperado [M$/y], es el costo total de interrupción esperado.

m IEAR : Tasa de Evaluación de Energía Interrumpida [$/kWh], es el costo de interrupción total por kWh no atendido.

EIC = å LPEIC i IEAR =

EIC ENS

[M $ / a] [$ / kWh]

donde ENS es la Energía No Atendida [MWh/a], es decir, la cantidad total de energía que se espera no será entregada a las demandas.

ENS = å LPENS i

[MWh / a]



14 Caso Real El DIgSILENT Power Factory posee una ideología diferente en lo que se refiere a la forma de guardar los cambios y la información, toda vez que lo hace automáticamente y de manera inmediata cada que se hace una modificación en el directorio Db12. Una vez que se ejecuta una acción esta ya está guardada en la base de datos y generalmente no pueden deshacerse. Sin embargo, es posible crear archivos de cada uno de los proyectos que se creen, los cuales permitirían guardar una memoria del sistema hasta ese momento o montar este sistema en otro equipo. La manera de hacerlo es exportando la base de datos con un formato DZ. Para exportar un proyecto, es necesario que éste esté desactivado. q Pulsando el botón derecho del ratón sobre la carpeta del proyecto se selecciona la opción Export Data. Esto abre una caja de diálogo Guardar como en la que se especificaría el nombre y ubicación del archivo en el cual se va a exportar la base de datos. De la misma manera que puede guardarse la base de datos de un proyecto, es posible abrir un proyecto ya creado y previamente exportado con formato DZ. q En el menú File se selecciona la opción Import. Esto abre una caja de diálogo Abrir en la que se selecciona el archivo que contiene la base de datos a importar. Este procedimiento crea un nuevo proyecto con el nombre que fue exportado y dentro de él todo el sistema definido antes de exportarse.


117333915-digsilent

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