. FLUJO DE POTENCIA ÓPTIMO
El flujo de energía es más conocido como OPM (optimal power Flow). Problema fundamental tanto en actividades de planificación como en la propia operación del sistema eléctrico.
A diferencia del flujo de cargas convencional, cuyo objetivo consiste en determinar el estado del sistema tomando como datos de partida las potencias generadas y consumidas en todos los nodos, así como el estado de los equipos de control (transformadores, reactancias, condensadores, etc.) un flujo optimo de cargas permite resolver la ecuaciones del sistema eléctrico y obtener los valores de determinadas variables de control que optimizan un objetivo concreto, cuantificado este en forma de una función escalar de las variables del problema.
El flujo óptimo de cargas se puede utilizar en múltiples contextos dentro de las actividades inherentes a la generación, transporte y distribución de energía eléctrica, variando el objetivo concreto de la optimización y en función de dicho objetivo, el objetivo del sistema y las variables de interés.
ECUACIONES Y VARIABLES
Como se puso en manifiesto en el capítulo de flujo de cargas, el estado de un sistema eléctrico de n nodos queda determinado por las 2n ecuaciones nodales, expresadas en función de las tensiones nodales y los elementos de la matriz de admitancias nodales. :
Donde y son las potencias activa y reactiva inyectadas en cada nodo, es decir, potencia neta, generada menos consumida, en el nudo:
Cabe recordar que es necesario establecer una referencia para las fases, introduciendo el concepto de nudo slack o de referencia que supondremos el nudo 1 con .
Las 2n ecuaciones y permiten obtener el estado del sistema eléctrico dado por las incógnitas asociadas a la tensiones nodales, fijando a priori los valores de en variables del total de involucradas asimismo, cabe indicar que existen otras variables de control que aparecen en términos de la matriz de admitancias, y cuyos valores deben ser asimismo conocidos a priori, típicamente las tomas de los transformadores de regulación.
Una simplificación de las ecuaciones nodales, muy utilizadas en estudios centrados únicamente en los flujos de potencia activa en el sistema es la que proporciona el flujo de cargas en continua:
Donde la matriz se construye de la misma forma que la matriz del flujo de cargas desacoplado rápido, incluyendo la fila correspondiente al nodo de referencia.
La ecuación permite obtener los flujos de energía por líneas y transformadores:
Donde A es la matriz de incidencias, excluyendo el nodo de referencia y X es una matriz diagonal con las reactancias de líneas y transformadores.
OBJETIVOS EN EL ESTUDIO DE FLUJO DE POTENCIA ÓPTIMO
OBJETIVOS ASOCIADOS AL DESPACHO ECONOMICO DE LA CENTRALES ELECTRICAS:
Minimizar los costos de generación utilizando las Ecuaciones y para modelar la red de transporte e imponer, en su caso, límites a los flujos de energía por las líneas. Este problema permite incluir de forma natural las pérdidas en el transporte en el despacho económico de las centrales.
Minimizar los costes de generación utilizando el modelo lineal del sistema proporcionado por para imponer límites a los flujos de energía. En este caso no permite considerar las pérdidas de transporte, y se asume que las tensiones toman sus valores nomínales.
OBJETIVOS ASOCIADOS AL LA OPERACIÓN DE TRANSPORTE:
Determinar las actuaciones necesarias para eliminar posibles problemas en la red:
Actuaciones necesarias sobre las potencias de los generadores para eliminar sobrecargas en líneas o transformadores, siempre buscando el mínimo sobrecoste y utilizando por simplicidad, el modelo lineal definido por. este problema puede extenderse para incluir restricciones sobre hipotéticos estados producidos por perdidas de un elemento (generador, línea o transformador, principalmente), estados modelados por la ecuación Particularizada para cada estado pos-contingencia, dando lugar al problema conocido como flujo optimo de cargas con restricciones de seguridad.
Actuaciones necesarias para eliminar problemas de tensiones bajas o excesivamente altas, actuando para ello sobre los elementos de control de tensiones (tensión y potencia reactiva de los generadores, transformadores con tomas de regulación, condensadores y reactancias, principalmente). Como es evidente por las propias variables de control, es necesario utilizar el modelo exacto y no lineal proporcionado por y. una función objetivo típico en este caso es la suma de las variables de control.
Para un programa de generación determinado, reducir los costos de explotación actuando sobre los elementos de control de tensiones con el objeto de disminuir en lo posible las perdidas en la red de transporte. Obviamente, será necesario utilizar el modelo completo dado por y .
OBJETIVOS ASOCIADOS A LA PLANIFICACIÓN DE LA RED DE TRANSPORTE:
localización optima, en términos de mínimo costo, y margen de control de los flujos de potencia por la red, normalmente transformadores con desplazamiento de fase, con el fin de evitar futuros problemas de sobrecargas en líneas y transformadores.
Localización óptima y tamaño de nuevos equipos con capacidad de inyectar reactiva en la red, típicamente baterías de condensadores o reactancias, necesarios utilizar el modelo completo, no lineal, del sistema.
Obviamente, en función del carácter lineal o no lineal tanto de la función objetivo como del modelo utilizado para el sistema eléctrico, será necesario utilizar herramientas de programación lineal o no lineal para su solución.
RECTRICCIONES EN FLUJO DE POTENCIA ÓPTIMO
Las variables del sistema eléctrico están sujetas a límites impuestos tanto por los propios equipos que constituyen el sistema eléctrico, como por los criterios de operación del sistema. Existiendo dos tipos de límites:
Limites sobre las variables del sistema que son objeto de control por parte de los operadores principalmente:
Potencia activa y reactiva de los generadores, esta última normalmente asociada e intercambiable con la tensión en bornas del generador.
Relación de transformación de los transformadores con capacidad de cambiar tomas en carga, teniendo en cuenta el carácter discreto de la propia toma de regulación.
Baterías de condensadores y reactancias, equipos con capacidad de generar y consumir potencia reactiva en incrementos discretos determinados por la conexión/ desconexión de los distintos elementos.
Limites de operación, principalmente:
Tensiones de los nodos.
Flujo de potencia por líneas y transformadores, cuantificada en términos de potencia aparente, activa, reactiva o incluso en forma de intensidad máxima.
CONCLUSIÓN
Calcularemos cortocircuitos trifásicos como el caso mas desfavorable, aunque así no lo sea y debamos afectar los resultados por algún factor correctivo, según sea la característica de nuestro sistema. Las Normas contemplan estas correcciones.
La coordinación del aislamiento intenta encontrar un justo equilibrio entre la fiabilidad de los materiales, desde el punto de vista dieléctrico, por una parte y de su dimensionamiento, y por tanto su costo, por la otra parte.
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Se observa que en general, la salida abrupta de las máquinas generadoras consideradas, teniendo implementada la regulación primaria de frecuencia en las principales unidades de generación, a pesar de que provoca severas oscilaciones en las zonas inmediatas o vecinas a los generadores por fuera de servicio, no alcanza a producir en términos generales una condición realmente desestabilizadora del sistema.
Ante salida de transformadores y considerando implementada la regulación primaria de frecuencia en las principales unidades de generación, no hay problema de pérdida de sincronismo.
ANALISIS DE SISTEMA DE POTENCIA II
