Power World Simulator

UNIVERSIDAD DE CANTABRIA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ENERGÉTICA

GUION DE

"ANÁLISIS Y SIMULACIÓN DE SISTEMAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA"

JOSÉ RAMÓN ARANDA SIERRA Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

PowerWorld Simulator

PowerWorld Simulator1 es un software de análisis y simulación de sistemas de energía eléctrica que permite realizar estudios en régimen permanente. Está estructurado en una serie de módulos interrelacionados entre sí a través del módulo principal de cálculo de flujo de cargas. Todos los módulos comparten el mismo interfaz gráfico para el análisis de resultados, disponiéndose también de las herramientas clásicas de análisis en modo texto, comunes a otras aplicaciones software de análisis de sistemas de energía eléctrica. Adicionalmente, PowerWorld Simulator permite realizar análisis dinámicos para estudiar la evolución de un sistema eléctrico en el tiempo, pero hay que tener en cuenta que estos estudios se realizan como una sucesión de estados estacionarios, por lo que no se analiza la evolución transitoria entre cada uno. En definitiva, el campo de aplicación de PowerWorld 2 es el de los estudios en régimen permanente, permitiendo hacer análisis técnicos (límites de tensión, repartos de carga, etc.) y económicos (costes de generación, análisis económico de transacciones entre agentes del mercado, etc.). Los tipos de estudios que se pueden realizar están directamente relacionados con la estructura básica del programa. Así, PowerWorld cuenta con los siguientes módulos, cada uno de los cuales permite realizar los estudios que se indican: •

Módulo de flujo de cargas. Es el módulo principal. Permite resolver sistemas de hasta 60000

buses y analizar los

resultados en modo texto o gráficamente. Adicionalmente, permite estudiar la evolución del sistema a lo largo del tiempo, resolviendo, de forma sucesiva e independiente, un flujo de cargas para cada intervalo de análisis. •

Módulo de despacho económico.

Permite realizar estudios de despacho económico de cargas para analizar los

costes de generación. Igualmente, permite realizar análisis económicos de intercambios entre las diferentes áreas de un sistema de energía eléctrica. •

Módulo de cálculo de faltas. Permite

realizar un cálculo de faltas para la ubicación y tipo de falta que se

especifique en el sistema. Los resultados se presentan en modo texto o gráficamente. •

Módulo de análisis de contingencias. Permite

realizar el análisis de contingencias, bien de forma manual,

interactuando con la representación gráfica del sistema, o bien de forma automatizada (muy útil cuando el sistema a analizar es complejo). •

Módulo de factores de distribución de transacciones.

Permite realizar estudios económicos de transacciones de

potencia entre agentes, en sistemas eléctricos liberalizados. •

Módulo de análisis de sensibilidades.

Permite hacer estudios de sensibilidad de las magnitudes eléctricas ante

cambios unitarios de la potencia inyectada en los buses del sistema. Además de los módulos indicados, es posible añadir módulos adicionales para ampliar la funcionalidad de PowerWorld Simulator. Estos módulos se adquieren por separado y los estudios que se pueden realizar con ellos •

son los siguientes:

Módulo de estabilidad de tensión (PV/QV). Permite

realizar análisis de estabilidad de tensión resolviendo

múltiples flujos de carga de forma consecutiva. Esta herramienta permite obtener la curva potencia activatensión (PV) para una transacción determinada y la curva potencia reactiva-tensión (QV) para cada bus del sistema. 1

Extraido de “Simulación de Sistemas Eléctricos” de Mª Inmaculada Zamora Belver, y más. Editorial PearsonPrentice Hall 2 Se puede descargar el programa a través de la página http://www.powerworld.com/es/Default.asp. Existe una 2


•

Módulo de flujo óptimo de cargas (OPF).

Permite realizar análisis de flujo óptimo de cargas, de forma que se

añaden restricciones adicionales al flujo de cargas básico con el fin de minimizar una función objetivo (coste de generación, coste de las pérdidas, número de acciones de control, etc.). •

Módulo de flujo óptimo de cargas con restricciones de seguridad (SCOPF).

Incluye el análisis de contingencias

dentro de la solución del OPF, de forma que se busca aquella solución que minimice la función objetivo y que cumpla con las restricciones de seguridad impuestas. •

Módulo de análisis de la capacidad de transporte disponible (ATC).

Permite realizar análisis que determinan la

máxima potencia activa que puede transmitirse entre dos partes de un sistema eléctrico sin que se superen los límites de operación.

2 Descripción del entorno de trabajo Cuando se ejecuta PowerWorld aparece la ventana que se muestra en la Figura 4.1 y que, inicialmente, se encuentra vacía. El nombre de la ventana puede variar en función del tipo de licencia y de los módulos opcionales que se posean. En esta ventana se observa la estructura clásica de un programa Windows con una barra de menús y un conjunto de barras de herramientas del usuario puede seleccionar el número y tipo de barras que se visualizan). Las barras de herramientas permiten acceder de forma directa a las mismas opciones que se encuentran dentro de los diferentes menús. Si se posa el ratón sobre los botones de las barras de herramientas se muestra una breve descripción de lo que hace cada botón. La estructura de menús y de las barras de herramientas cambian según el contexto en el que se encuentre el programa. Es decir, existen unos elementos comunes y otros que dependen de que el programa se encuentre en el modo de edición (Edit Mode) o en el modo de ejecución ( Run Mode). El modo en el que se encuentra Powerworld se indica en la barra de estado que se encuentra en la parte inferior de la ventana.

2.1 Elementos comunes a los modos de edición y ejecución Los menús que son comunes a ambos modos de operación son los menús típicos de cualquier aplicación versión completa docente y gratuita. 3


Windows para gestionar ficheros y ventanas (File, Window y Help), y dos menús específicos relacionados con la información del caso que se está analizando y con las opciones y herramientas de análisis de Powerworld (Case Information y Options/Tools). A continuación se presentan las características más relevantes de estos menús. El primer menú típico de las aplicaciones Windows es el menú File, que se muestra en la Figura 4.2. Desde este menú se puede abrir y guardar los ficheros con los que trabaja PowerWorld. Estos ficheros son de dos tipos: •

Ficheros de caso.

Son ficheros binarios que contienen la información sobre el caso que se quiere analizar. Estos

ficheros se generan a partir de la construcción del caso en modo gráfico y tienen extensión .pwb. Adicionalmente, desde PowerWorld se pueden importar ficheros de caso creados con otras herramientas software de análisis. En concreto, se pueden abrir ficheros .raw generados con el software PSS/E (desde la versión 23 hasta la 30), ficheros .epc del software EPC de General Electric y ficheros .cdf del estándar de intercambio de datos de flujos de carga de IEEE. •

Ficheros de diagramas unifilares.

Son ficheros que almacenan el esquema unifilar (oneline) del sistema

eléctrico asociado a un caso concreto. Su extensión es .pwd. También es posible importar los ficheros de esquemas unifilares con los que trabaja el programa PSS/E hasta la versión 29 (PTI Draw File), de extensión .drw.

Además, a la hora de realizar un análisis sobre un caso de estudio, normalmente se tienen varios ficheros asociados, por ello Powerworld permite gestionarlos todos de forma común asociándolos a lo que se conoce como un proyecto. Dicho proyecto es un fichero de PowerWorld con extensión .pwp que guarda información sobre todos los ficheros, tanto de definición de casos como gráficos y auxiliares, y que se gestiona desde el menú

File. Las opciones más comunes de este menú, que son las que tienen un icono situado a la izquierda de su nombre, son accesibles también desde la barra de herramientas File que se muestra en la Figura 4.2.

Desde el menú File se puede, entre otras funciones, imprimir el diagrama unifilar, validar el caso, cambiar entre el modo de edición y el modo de ejecución, guardar la matriz de admitancias de bus y el jacobiano y 4


preparar un fichero en código html con el editor que se muestra en la Figura 4.3, y que es accesible desde la opción Publish to web. El menú Window, que se muestra en la Figura 4.4, permite acceder y organizar las diferentes ventanas que se tienen abiertas durante el análisis de un caso. También permite visualizar y ocultar las barras de herramientas.

El menú Help, que se muestra en la Figura 4.5, permite acceder a la ayuda en línea y exportar los datos seleccionados desde el servidor de automatización de PowerWorld al programa Excel de Microsoft.

En cuanto a los menús específicos, el menú Case Information, que se muestra en la Figura 4.6, permite acceder a la información del caso en estudio de forma agrupada o de forma individual. Por ejemplo, con la opción Case Summary se obtiene un resumen de la información principal del caso, y con la opción Buses se puede conocer la situación de un bus particular del sistema.

Algunas de las opciones disponibles en el menú Case Information están también disponibles en la barra de tareas Option/Info que se muestra en la Figura 4.6. En esta misma figura se muestra la barra de tareas Case

Information que se activa cuando se elige alguna de las opciones del menú. Desde esta barra se puede formatear la información que se presenta en pantalla, ordenarla según diferentes criterios, etcétera. El último menú común a ambos modos de funcionamiento es el menú Options/Tools, que se muestra en la Figura 4.7. Desde este menú se pueden controlar las opciones del algoritmo del flujo de cargas y del entorno de trabajo, definir las opciones de dibujo por defecto, establecer capas, renumerar los buses, escalar el caso y crear equivalentes, separar y unir buses, etcétera. 5


Las tres primeras opciones del menú, Solution/Environment, Oneline Display y Default Drawing Values, son accesibles directamente desde la barra de herramientas Option/Info que se ha mostrado en la Figura 4.6. Además, la barra de herramientas Solution Options, que se muestra en la Figura 4.7, permite acceder de manera rápida a las opciones más comunes del submenú Solution/Environment.

Por último, las barras de herramientas Pie Chart Options y Animated Chart Options, que se muestran también en la Figura 4.7, permiten acceder de manera rápida a las opciones más comunes de configuración de la salida gráfica disponibles desde el submenú Oneline Display.

2.2 Elementos del modo de edición (Edit Mode) El modo de edición de PowerWorld se utiliza para crear un nuevo caso desde cero o para editar las características de un caso en estudio. Para acceder a este modo del software se elige dentro del menú File la opción Switch To Edit Mode, o bien se pulsa sobre el botón Edit Mode de la barra de herramientas Program que se muestra en la Figura 4.8.

Cuando PowerWorld se encuentra en este modo de operación aparecen tres nuevos menús ( Edit, Insert y

Format) que permiten editar el caso, tanto en modo gráfico como en modo texto, desde los diferentes cuadros de diálogo.

El menú Edit permite las opciones típicas del entorno Windows, copiar, cortar y pegar, junto con la opción de 6


seleccionar elementos del caso siguiendo diferentes criterios, por buses, áreas, zonas, etc., o bien, seleccionándolos por medio del ratón. Las opciones de este menú son también accesibles desde la barra de herramientas Edit que se muestra en la Figura 4.8. El menú Insert permite dibujar elementos sobre el diagrama unifilar y asignarles propiedades para crear un nuevo caso o para añadir elementos nuevos a uno existente. Todas las opciones disponibles en este menú, que se muestra en la Figura 4.9, están también disponibles en la barra de herramientas Insert, que se ha mostrado en la Figura 4.8, salvo las dos primeras opciones del menú, Show Insert Palette for y Auto Insert, que permiten insertar de forma rápida en el diagrama unifilar los elementos del caso con el que se está trabajando. Por último, el menú Format, que se muestra en la Figura 4.10, y su barra de herramientas asociada, que se ha mostrado en la Figura 4.8, permiten formatear las características gráficas de los elementos para modificar el tipo y grosor de la línea, color de relleno, etcétera.

2.3 Elementos del modo de ejecución (Run Mode) El modo de ejecución de PowerWorld se utiliza para resolver los diferentes tipos de estudios sobre un caso nuevo creado o uno salvado previamente. Para acceder a este modo de operación se elige dentro del menú File la opción Switch To Run Mode, o bien se pulsa sobre el botón Run Mode de la barra de herramientas Program que se ha mostrado en la Figura 4.8. Cuando el programa se encuentra en este modo de operación el número de menús nuevos que aparecen depende de los módulos adicionales que se hayan adquirido junto con la versión básica de PowerWorld. Si se dispone únicamente de la versión básica, aparece tan solo el menú Simulation, que se muestra en la Figura 4.11. Desde este menú se puede iniciar, parar y reiniciar la simulación, así como elegir el tipo de algoritmo para resolver el caso.

Los elementos disponibles en este menú son también accesibles desde las barras de herramientas Program (Figura 4.8) y Run Mode (Figura 4.11).

3 Creación de un caso nuevo 3.1 Descripción del caso Como ocurre con cualquier software de análisis de sistemas eléctricos, el primer paso consiste en introducir 7


los datos necesarios para definir el sistema a estudiar. Estos datos se refieren a: •

La topología del sistema:

el número de buses, los elementos que los interconectan y los equipos de

compensación. •

La carga del sistema:

las características de consumo de potencia activa y reactiva y su ubicación dentro del

sistema. •

La generación del sistema:

las características de generación de potencia activa y reactiva (límites), ajustes de

tensión y su ubicación dentro del sistema. Para explicar cómo se introducen estos datos en PowerWorld se va a partir del sistema eléctrico de 9 buses tomado de la librería Matpower. Este sistema, cuyo diagrama unifilar se muestra en la Figura 4.12, tiene las características que se recogen en las Tablas 4.1 a 4,5. Todos los datos de impedancias están dados en una potencia base común de 100 MVA 3.

Tabla 4.1. Características técnicas de los generadores V nom

P máx

Bus

(kV)

(MW)

1

18

250

2

18

300

3

18

270

P mín

Q máx

Q mfn

(MW)

(MVAr)

(MVAr)

10

250

-250

10

300

-300

10

270

-270

Tabla 4.2. Características técnicas de las líneas De

A

R

X

B

Límite A

Límite B

Límite C

V nom

Bus

Bus

(pu)

(pu)

(pu)

(MVA)

(MVA)

(MVA)

(kV)

4

5

0,0170

0,0920

0,158

250

275

300

345

5

6

0,0390

0,1700

0,358

150

165

180

345

6

7

0,0119

0.1008

0,209

150

165

180

345

7

8

0,0085

0,0720

0,149

250

275

300

345

8

9

0,0320

0,1610

0,306

250

275

300

345

9

4

0,0100

0,0850

0,176

250

275

300

345

3

La potencia base so define en la opción Solution/Environment del menú Options/Tools pinchando en la pestaña inferior

General. Por defecto está establecida en 100 MVA.

8


Tabla 4.3. Características técnicas de los transformadores De

A

R

X

Límite A

Límite B

Límite C

Ratio

Bus

Bus

(pu)

(pu)

(MVA)

(MVA)

(MVA)

de toma

1

4

0

0,0576

250

275

300

1,000

2

8

0

0,0625

300

330

360

1,000

3

6

0

0,0586

250

275

300

1,000

Tabla 4.4. Características de la demanda Bus P (MW) Q (MVAr) 5

90

30

7

100

35

9

125

50

Tabla 4.5. Despacho de generación y consignas de tensión Generador

Bus

P (MW)

1

1

65

V (pu) 1,03

2

2

165

1,02

3

3

85

1,02

3.2 Creación de un caso nuevo En PowerWorld la forma más sencilla de crear un caso nuevo consiste en construir gráficamente el diagrama unifilar, introduciendo los datos de cada elemento según se van insertando en el diagrama. Para crear un caso nuevo se selecciona la opción New Case en el menú File, o se selecciona el icono correspondiente de la barra de herramientas File, con lo que se abre una nueva ventana con un archivo unifilar vacío (por defecto NewOne1.pwd). A partir de aquí, se va construyendo gráficamente el sistema utilizando los elementos disponibles en el menú

Insert o en la barra de herramientas del mismo nombre. Para facilitar la tarea de construcción del diagrama unifilar, sobre todo en sistemas con un número de buses elevado, conviene seguir los siguientes pasos: a)

Especificar las opciones de dibujo por defecto para los diferentes elementos del sistema (bases,

generadores, etc.):

para facilitar la tarea de presentación de resultados sobre el diagrama unifilar conviene, antes

de comenzar a dibujar, especificar las opciones por defecto de cada tipo de elemento. De esta manera, si por ejemplo, se quiere que al resolver el flujo de carga el software indique para cada bus su nombre y la tensión en módulo y argumento, es más sencillo configurarlo previamente que tener que hacerlo posteriormente bus a bus. b)insertar los buses del sistema: lo primero que se debe ubicar dentro del diagrama son los buses del sistema (es conveniente, sobre todo en sistemas grandes, disponer de un diagrama unifilar para conocer la ubicación relativa de cada bus). c)Insertar las líneas y los transformadores: una vez ubicados los buses se procede a insertar las uniones entre ellos, esto es, las líneas y los transformadores. 9


d)Insertar tos generadores, las cargas y los elementos de compensación: se insertan el resto de elementos del sistema en los buses correspondientes. A continuación, se va a ilustrar cómo se realiza este proceso para crear el caso descrito en el apartado 3.1 (Figura 4.12).

3.2.1 Opciones de dibujo por defecto Las opciones de dibujo por defecto están accesibles en el menú Options/Tools bajo la denominación Default Drawing Values, o bien en la barra de herramientas Option/Info. Cuando se seleccionan aparece una ventana como la mostrada en la Figura 4.13. Como puede observarse, es posible configurar las opciones por defecto para los diferentes elementos del sistema (líneas, buses, generadores, etc.). Comenzando por los buses, si se selecciona con el ratón la pestaña Bus se obtiene la ventana con la configuración de la Figura 4.13. En esta ventana es posible definir un color para cada nivel de tensión. Para ello, cada vez que se quiere introducir un nuevo color hay que insertar un nuevo campo haciendo clic con el botón derecho del ratón y eligiendo la opción Insert. En el recuadro Nom kV se indica el valor de la tensión y en el recuadro Color el color que se quiere utilizar.

Por ejemplo, si se quieren definir dos colores, el azul para tensiones superiores a 220 kV y el negro para tensiones inferiores, la ventana de configuración quedará como se muestra en la Figura 4.14. De esta manera, todos los buses cuya tensión se encuentre entre 0 y 220 kV se dibujarán en negro y los que tengan una tensión superior se dibujarán en azul.

El resto de campos permiten modificar la forma ( Shape) del bus (una barra horizontal o vertical, un rectángulo o un óvalo), el grosor (Thickness), el color de relleno (Fill Color) y el color del valor de la tensión del bus junto con el rango en el que se mantiene este color. Para acceder a cada uno de los campos basta con pinchar sobre ellos. A la hora de mostrar los resultados de forma gráfica, PowerWorld puede asignar el valor de las variables relacionadas con el bus a una serie de posiciones alrededor de su símbolo gráfico. Tanto la posición como la variable asociada se pueden configurar pinchando en el botón Show Field Positions (Figura 4.14), tras lo cual aparece la ventana de la Figura 4.15. Por defecto se indica solo el nombre del bus (Name).

10


Pinchando en la posición deseada se abre un nuevo cuadro de diálogo para seleccionar la variable que se quiere mostrar. Por ejemplo, se puede asociar a la posición 2 el valor del módulo de la tensión y a la posición 3 el del ángulo, según se indica en la Figura 4.16.

Si la variable que se desea mostrar no aparece en el cuadro de diálogo, se puede buscar pinchando sobre el botón Find Field. De esta manera, la selección de variables queda como se indica en la Figura 4.17. El proceso se repite de forma similar para el resto de elementos del sistema. Para los generadores, las cargas y los elementos de compensación, las opciones que vienen por defecto suelen ser suficientes, por lo que no es necesario realizar modificaciones para el ejemplo que se está desarrollando.

En cambio, para las líneas sí es conveniente modificar las opciones por defecto, a fin de poder visualizar el valor numérico de los flujos de potencia. Así, seleccionando en la ventana Default Drawing Values la pestaña

Line/XFMR y repitiendo el mismo proceso que para los buses, se obtiene la configuración mostrada en la Figura 4.18. Adicionalmente, si se selecciona la pestaña Show Field Position se accede a la configuración de variables asociada con la representación gráfica del elemento.

Por ejemplo, dicha representación gráfica se puede configurar como se muestra en la Figura 4.19, donde se han seleccionado las siguientes variables: •

Posición 1: potencia activa en el extremo emisor (AC Line MW Flow).

•

Posición 2: potencia reactiva en el extremo emisor (AC Line MVAr Flow).

•

Posición 5: pérdidas de potencia activa (MW Losses).

11


•

Posición 6: pérdidas de potencia reactiva (MVAr Losses).

•

Posición 7: potencia activa en el extremo receptor (AC Line MW Flow).

•

Posición 8: potencia reactiva en el extremo receptor (AC Line MVAr Flow). Por último, es importante resaltar que una vez establecidas las opciones de dibujo por defecto, conviene guardar la configuración en un fichero auxiliar, pinchando en el botón Save All to Aux File, de forma que pueda utilizarse posteriormente en la creación de otros casos.

3.2.2 Inserción de los buses del sistema Una vez fijadas las opciones de dibujo se procede a insertar los buses en el diagrama unifilar. Para insertar un bus se elige la opción Bus del menú Insert, o se pincha sobre el icono correspondiente de la barra de tareas

Insert, y se señala en la ventana del diagrama unifilar la ubicación que se desee. Al insertar el bus aparece el cuadro de diálogo mostrado en la Figura 4.20, que permite introducir los datos •

relacionados con dicho bus. Los datos se agrupan en pestañas y se refieren a: Información general. Los primeros datos a introducir son el número que define al bus y su nombre (por defecto, los buses se numeran de forma consecutiva a partir de 1). Para el bus 1 del ejemplo, siguiendo el diagrama unifilar de la Figura 4.12, se introduce como número el 1 y como nombre BUS 1.

•

Pestaña Bus Information. Está estructurada en recuadros. En el primero de ellos ( Display) se configuran las

opciones gráficas del bus según las opciones por defecto fijadas anteriormente. En el segundo recuadro (Área, Zone, Ownership y Substation) se deben indicar el número y nombre del área y de la zona en la que se encuentra el bus, el número y nombre del propietario y el número y nombre de la subestación a la que pertenece el bus (PowerWorld permite agrupar dentro de un objeto denominado Substation todos los buses que pertenecen a una misma subestación). En el tercer recuadro ( Bus Voltage) se indica la tensión nominal (en kV), el módulo (en p.u.) y el ángulo (en grados) de la tensión que se va a utilizar en la solución del flujo de cargas. Los valores que se indiquen en el bus se actualizarán o no al resolver el flujo de cargas en función del tipo de bus y de las condiciones impuestas al algoritmo de solución. Por último, si el bus es 12


el bus de balance hay que hacer clic en el cuadro System Slack Bus. Para el Bus 1 del ejemplo (considerado como bus slack), esta pestaña queda configurada tal y como se muestra en la Figura 4.20. •

Pestaña Attached Devices.

En esta pestaña se indican las características de consumo de la carga y de los

dispositivos de compensación conectados al bus. En el caso de que ya se haya definido la carga, aparece la suma total conectada al bus. Si no se ha definido, es posible indicar aquí el total, aunque por claridad se recomienda insertar la carga como elemento independiente a partir de su correspondiente ventana de opciones, como se indica más adelante. •

Pestaña Memo.

comentarios.

En esta pestaña aparece un recuadro de texto en blanco en el que se pueden incluir

Una vez introducidas todas las características del bus, al pulsar el botón OK aparece sobre el diagrama unifilar la representación gráfica del bus con las opciones de dibujo configuradas previamente. Además, Powerworld crea automáticamente un registro del bus en el fichero del caso. Este registro está accesible pulsando la opción

Buses del menú Case Information, obteniéndose una ventana como la que se muestra en la Figura 4.21.

Para el resto de buses del sistema de ejemplo se procede de forma similar. Para los buses que no son de o

generación, se recomienda inicializar la tensión al valor 1 p.u. con ángulo 0 . Una vez finalizado, el aspecto del diagrama unifilar es similar al que se muestra en la Figura 4.22. y el aspecto del registro de buses es el que se muestra en la Figura 4.23.

3.2.3 Inserción de líneas y transformadores Una vez insertados en el diagrama unifilar todos los buses del sistema se procede a insertar los elementos que los interconectan, esto es, las líneas y los transformadores.

Para insertar una línea se elige la opción Transmission Line del menú Insert, o se pincha sobre el icono correspondiente de la barra de tareas Insert. Se pincha con el ratón sobre el bus de srcen de la línea y se hace doble clic sobre el bus de final de línea (si al pinchar sobre el bus de srcen se mantiene apretado el botón izquierdo del ratón la línea se dibuja a mano alzada). De esta manera la línea aparece dibujada en el diagrama como una línea recta entre el srcen y el destino. Si se quiere modificar el trazado, cada vez que se pincha con el ratón se introduce un punto de rotura que permite 13


cambiar de dirección. Una vez fijado el final de !a línea con un doble clic aparece un cuadro de diálogo como el mostrado en la Figura 4.24, que corresponde a la línea que tiene su srcen en el bus 4 y su final en el bus 9.

Los datos, al igual que para los buses, se introducen siguiendo una estructura de pestañas. Estos datos se refieren a:

•

Información general.

Indica el srcen y el final de la línea, el número de circuito (se numera

automáticamente en caso de varios circuitos en paralelo) y el extremo al cual se asignan las pérdidas. Por defecto las pérdidas se asignan al extremo emisor, aunque también se pueden asignar al extremo receptor desactivando la casilla From End Metered. • Pestaña Parameters / Display. En esta pestaña se indica el estado de la línea (Status), los parámetros eléctricos en valores p.u. referidos a la potencia base del sistema, la longitud y los límites de carga. La longitud de la línea se utiliza solo a nivel informativo, ya que el programa no hace ningún tipo de uso del mismo. Si la línea tiene conectados de forma permanente elementos de compensación en paralelo, se puede introducir sus características (G y B) en valores p.u. pulsando el botón Line Shunts. Hay que tener en cuenta que estos elementos se desconectan cuando se desconecta la línea y viceversa. Además, en caso de conocer los parámetros de la línea en Ω /km, pulsando en el botón Calcúlate Per Unit Impedances se pueden convertir dichos datos a valores p.u. • Pestaña Series Capacitor. Permite seleccionar si la línea tiene compensación serie y el estado de la compensación (en servicio o puenteado). • Pestaña Fault Parameters. En esta pestaña se introducen los valores de las impedancias de secuencia homopolar de la línea y de los elementos de compensación (esta opción se explica más adelante en el ejemplo 4). • Pestaña Owners. En caso de que la línea sea propiedad de diferentes compañías, se puede definir el porcentaje correspondiente a cada propietario. El procedimiento para insertar un transformador es similar al que se ha seguido para la línea, pero eligiendo la opción Transformer del menú Insert, o el icono correspondiente de la barra de herramientas Insert. Una vez dibujado el transformador en el diagrama unifilar, aparece el cuadro de diálogo mostrado en la Figura 4.25 para el transformador conectado entre los buses 1 y 4. Este cuadro de diálogo es similar al de la línea salvo que tiene una pestaña adicional denominada Transformer Control. En esta pestaña se indican el ratio del 14


cambiador de tomas en p.u., el ángulo de giro del transformador ( Phase shift) y el tipo de control (sin control, control de tensión, control de reactiva o control del ángulo). Para que se tenga en cuenta el control a la hora de resolver el flujo de cargas es necesario activar la casilla Automatic Control Enabled.

Procediendo de la forma indicada para el resto de líneas y de transformadores del ejemplo, se obtiene el diagrama unifilar mostrado en la Figura 4.26. Como es posible que, al ir insertando los elementos, los campos con los datos asociados se monten unos sobre otros, estos se pueden ordenar pinchando sobre ellos y arrastrándolos a la ubicación deseada.

Por defecto, los objetos se ajustan en la ventana a una rejilla. Las opciones de la rejilla se pueden controlar seleccionando la pestaña Grid/Highlight Unlinked Objects de la opción Oneline Display del menú

Option/Tools. Un tamaño de espaciado de la rejilla (Grid Spacing) de 0,2 permite un buen control de la posición de los elementos dentro del diagrama. Finalmente, igual que ha sucedido al insertar los buses, para cada una de las líneas y transformadores insertados se ha generado un registro con sus características. Este registro está accesible en la opción Lines and

Transformers del menú Case Information. Para el ejemplo creado, el registro se muestra en la Figura 4.27.

3.2.4 Inserción de generadores, cargas y elementos de compensación El último paso para completar el caso consiste en la inserción de los generadores, cargas y dispositivos de compensación con los que puede contar el sistema a analizar. Para insertar un generador se elige la opción Generator del menú Insert, o se pincha sobre el icono correspondiente de la barra de tareas Insert. Una vez seleccionada la opción, se pincha con el ratón sobre el bus donde se va a conectar el generador y aparece el cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 4.28 (a). Los datos se introducen siguiendo una estructura de pestañas similar a la de los elementos anteriores. Estos 15


datos se refieren a:

•


Indica el bus, en número y nombre, al que se ha conectado el generador, el código de

identificación (ID), el estado (conectado o desconectado), el tipo de energía primaria ( Fuel Type) y el tipo de tecnología de generación (Unit Type). •

Pestaña Display Information.

En esta pestaña se controlan los parámetros gráficos del generador y su posición

respecto al bus. •

Pestaña MW and Voltage Control.

En esta pestaña se indican las características técnicas del generador y el

estado de los controles de tensión (Q-V) y frecuencia (P-f). La pestaña, como se observa en la Figura 4.28 (b) está dividida en dos zonas: o

Zona de control de potencia. En esta zona se indican el despacho de potencia activa ( MW Output), los límites del generador (Min. MW Output y Max. MW Output), el estado del control de potencia ( Available for AGC), el ajuste o no a los límites ( Enforce MW Limits), el factor de participación en el control P-f (Part. Factor) y el límite de rampa (MW Ramp Limit).

o

Zona de control de tensión. En esta zona se indican el despacho de reactiva ( Mvar Output), ¡os límites (Min

Mvars y Max Mvars), el estado del control de tensión (Available for AVR), la utilización o no de la curva de límite de funcionamiento del generador ( Use Capability Curve), el bus para el cual se va a regular la tensión (Regulated Bus Number), el valor de ajuste ( SetPoint Voltage) y el porcentaje de participación (Remote Reg

%) en el caso de que haya varios generadores regulando el mismo bus. •

Pestaña Costs.

En esta pestaña se introduce el modelo de costes del generador (esta opción se explica más

adelante en el ejemplo 5). •

Pestaña Fault Parameters.

En esta pestaña se introducen las impedancias de secuencia del generador y del

transformador elevador que tiene asociado (esta opción se explica más adelante en el ejemplo 4). •

Pestaña Owners.

En caso de que el generador sea propiedad de diferentes compañías, se puede definir el

porcentaje correspondiente a cada propietario. •

Pestaña Memo. Campo de texto para escribir anotaciones.

Para insertar una carga se elige la opción Load del menú Insert, o se pincha sobre el icono correspondiente de la barra de tareas Insert. Tras elegir esta opción, se pincha con el ratón sobre el bus donde se debe conectar la carga, con lo que aparece el cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 4.29. En este cuadro se muestra la información del bus al que está conectada, un código de identificación ( ID), información sobre la zona, el área y el propietario; se configura la representación gráfica y se indica el consumo de potencia activa y reactiva para una carga de potencia constante (Constant Power), de corriente constante (Constant Current) y/o de impedancia constante (Constant Impedance). En la Figura 4.29 aparece otra pestaña adicional, OPF Load Dispatch, que está disponible solo si se ha 16


instalado el módulo adicional de flujo óptimo de carga.

Por último, si en el sistema a resolver existen elementos de compensación en paralelo, estos se introducen de forma similar a los generadores y las cargas, pero eligiendo la opción Switched Shunt del menú Insert, o el icono correspondiente de la barra de tareas Insert. Las opciones de este elemento se comentan más adelante en el ejemplo 1. Finalmente, procediendo de forma similar para el resto de generadores y cargas del ejemplo se obtiene el diagrama unifilar definitivo tal y como se muestra en la Figura 4.30, donde los datos que aparecen en la figura son provisionales hasta que se resuelva el flujo de cargas del caso. A modo de comprobación, se debe haber creado un registro de generadores, como el mostrado en la Figura 4.31, y otro de cargas, como el mostrado en la Figura 4.32. Estos registros son accesibles bajo las opciones

Generators y Loads del menú Case Information. Para finalizar, se deben guardar tanto el caso como el unifilar desde el menú File o desde los iconos correspondientes de la barra de tareas File.

4 Ejemplos 4.1 Ejemplo 1. Flujo de cargas En este ejemplo se muestra cómo se realiza un flujo de cargas a partir del caso creado en el apartado 3.

17


Una vez construido y validado el caso de estudio, para realizar un análisis de flujo de cargas con PowerWorld hay que pasar al modo de ejecución, haciendo clic sobre el botón Run Mode de la barra de tareas Program. En esta situación, si se pulsa el botón Play de la barra de tareas Run Mode, mostrada en la Figura 4.11, se ejecuta el flujo de cargas con las opciones por defecto. Para el ejemplo desarrollado en el apartado 3, la solución del flujo de cargas sobre el diagrama unifilar del caso es la que se muestra en la Figura 4.33.

4.1.1 Opciones del algoritmo del flujo de cargas Todas las opciones de configuración del algoritmo de flujo de cargas son accesibles desde la ventana

Solution/Environment que se encuentra dentro del menú Options/Tools. Esta ventana está organizada en pestañas, como se muestra en la Figura 4.34.

La pestaña fundamental para controlar la forma en la que el algoritmo resuelve el flujo de cargas es Power

Flow Solution, que está estructurada a su vez en las siguientes pestañas:

•

Pestaña Solution Options

(Figura 4.34). En esta opción se configuran la tolerancia del algoritmo, el número

máximo de iteraciones y si se utiliza como primera iteración el perfil plano de tensiones ( Flat Start). Se configuran también la forma en la que el algoritmo trata los límites de potencia activa y reactiva de los 18


generadores y la respuesta de los elementos de control de potencia reactiva ( Switched Shunt y LTC) y activa (AGC y Phase Shifter). •

Pestaña Island-Based AGC.

En esta pestaña se configura el tipo de control automático de la generación cuando

existen islas en el caso analizado. Por defecto el AGC para funcionamiento en isla está desactivado. •

Pestaña DC Options.

Permite seleccionar la aproximación de corriente continua a la hora de resolver el flujo de

cargas y la forma de estimar los flujos de potencia reactiva en caso de utilizarla. •

Pestaña General.

En esta pestaña, que se muestra en la Figura 4.35, se ajusta la forma en la que el algoritmo

gestiona los buses de balance (stock) cuando se modifica la topología del caso durante la simulación. También se gestiona la forma de calcular la sensibilidad de las pérdidas en los buses y la gestión de mensajes de ejecución en la ventana de log. Esta ventana está accesible pinchando en el botón Log de la barra de tareas Program y es muy útil para analizar qué está fallando cuando el algoritmo del flujo de cargas no converge a una solución. •

Pestaña Storage.

Esta pestaña sirve para ordenar que el software restaure la última solución del flujo de cargas

cuando, al modificar el caso durante la simulación, la nueva solución no converge.

4.1.2 Presentación de resultados PowerWorld presenta el resultado del flujo de cargas de múltiples formas una vez que el algoritmo ha convergido, pero todas ellas se pueden agrupar en dos grandes modos: presentación en modo gráfico y presentación en modo texto. La presentación de los resultados en modo gráfico se realiza, bien para todo el sistema, sobre el diagrama unifilar, tal y como se ha mostrado en la Figura 4.33, o bien bus a bus.

La forma más sencilla de obtener los resultados para un bus particular consiste en seleccionar la opción Bus

View que aparece al hacer clic con el botón derecho del ratón sobre dicho bus en el diagrama unifilar. Por ejemplo, en la Figura 4.36 se muestran los resultados para el bus 8 del ejemplo. En esta nueva vista se puede navegar por los diferentes buses del sistema haciendo clic sobre ellos con el ratón.

La presentación de los resultados del flujo de carga en modo texto, para el conjunto de buses del sistema, se 19


obtiene seleccionando la opción Power Flow List del menú Case Information. En el caso del ejemplo desarrollado, aparece la ventana mostrada en la Figura 4.37. Esta misma información, para un bus en particular, está disponible seleccionando la opción Quick Power

Flow List, que aparece al hacer clic con el botón derecho del ratón sobre el bus en el diagrama unifilar. Por ejemplo, en la Figura 4.38 se muestran los resultados para el bus 5 del ejemplo.

Otra forma de presentar los resultados en modo texto es a través de la herramienta de creación de informes, que se muestra en la Figura 4.39. Dicha herramienta está disponible en el menú Case Information seleccionando la opción Report Writer.

Esta herramienta permite crear informes por áreas o por zonas para todos sus elementos o para un elemento específico. Por ejemplo, en la Figura 4.40 se muestra el informe que se obtiene al seleccionar la opción

Generator.

Por último, al resolverse el flujo de cargas se actualizan todos los registros del caso. Por ello, también es posible analizar los resultados accediendo a estos registros desde el menú Case Information. Por ejemplo, seleccionando la opción Generators de este menú, tal y como se muestra en la Figura 4.41, se obtiene una información más ampliada que la que se ha presentado en la Figura 4.40.

4.1.3 Configuración de la salida gráfica PowerWorld permite modificar la salida gráfica de resultados del flujo de carga que se presenta directamente sobre el diagrama unifilar. Las opciones disponibles se encuentran dentro del menú Options/Tools seleccionando Oneline Display Options. Al igual que otras ventanas, esta se encuentra también organizada en pestañas, como se muestra en la Figura 4.42.

20


Las opciones más importantes que se pueden configurar son las siguientes: •

Pestaña Display Options.

Permite configurar el nivel de detalle en la presentación de resultados entre tres

opciones, seleccionar el valor de la tensión en kV o en por unidad, configurar la forma en la que se presentan los elementos que están fuera de servicio, y configurar la forma en la que se presentan los datos de los flujos, con signo (casillas Absolute Values sin seleccionar) o sin signo (casillas marcadas). •

Pestaña Pie Charts.

Permite configurar el color y el tamaño de los gráficos circulares que muestran el estado de

carga de las líneas y los transformadores. Esta configuración se puede establecer para tres intervalos de carga. •

Pestaña Animated Flows.

Permite configurar la forma, el color y el tipo de flujo (potencia activa, potencia

reactiva o ambas) que se muestra en el gráfico, así como darles animación o dejarlos estáticos. Otra posibilidad adicional de representación gráfica de los resultados es la creación de gráficos de contorno. Esta opción dibuja sobre el diagrama unifilar, siguiendo un código de colores configurable, el valor de una variable asociada a los buses, las líneas, etcétera. Los gráficos de contorno se activan seleccionando la opción Contouring disponible dentro del menú

Options/Tools, de forma que se obtiene una pantalla como la que se muestra en la Figura 4.43.

Por ejemplo, si se desea crear el contorno de las tensiones en los buses del sistema, se selecciona como objeto el campo Bus. Dentro del campo Value se elige la opción PU Volt y, por último, se fijan los valores correspondientes al máximo, al mínimo y al nominal. Una vez pulsado el botón OK, el diagrama unifílar se actualiza como se presenta en la Figura 4.44.

4.1.4 Modificación en línea del caso de estudio Una vez que se ha resuelto un caso se pueden hacer, durante la simulación, todo tipo de modificaciones para 21


estudiar cómo le afectan otras condiciones de funcionamiento. Por ejemplo, mientras se está ejecutando la simulación se pueden conectar y desconectar elementos. Para ello basta con hacer clic con el ratón sobre sus interruptores asociados. Si el interruptor está cerrado se indica en color rojo y si está abierto aparece en color blanco con un recuadro verde.

En la Figura 4.45 se observa cómo se actualiza la solución del flujo de cargas cuando, durante el proceso de simulación del caso mostrado en la Figura 4.44, se desconecta la línea situada entre los buses 4 y 9. También es posible añadir nuevos elementos al sistema, aunque para ello es necesario parar el proceso de simulación y cambiar al modo de edición. Por ejemplo, en la situación mostrada en la Figura 4.45, se puede solucionar el problema del reducido valor de la tensión en el bus 9 insertando una batería de condensadores en dicho bus. Para ello, una vez cambiado al modo de edición, pulsando sobre el botón Edit Mode de la barra de tareas

Program, se elige la opción Switched Shunt en el menú Insert. A continuación se pincha con el ratón sobre el bus 9 para insertar la batería de condensadores. El cuadro de diálogo que aparece es el mostrado en la Figura 4.46.

Los datos para definir el equipo de compensación en paralelo se introducen siguiendo una estructura de pestañas. Estos datos se refieren a: •


•

Pestaña Parameters.

Indica el bus, en número y nombre, al que está conectado el equipo, el código de identificación (ID), el estado y los parámetros gráficos. Indica la potencia nominal del equipo (60 MVAr en el ejemplo), el tipo y los ajustes del

control y el número y la potencia de los escalones, en caso de que se seleccione un control continuo o discreto. El criterio de signos que se utiliza en la potencia reactiva para definir el dispositivo de compensación es el siguiente: si es positiva se toma como condensador y si es negativa como bobina. •

Pestaña Control Parameters. En esta pestaña se ajusta la

•

Pestaña Fault Parameters.

respuesta del control continuo o discreto.

Se utiliza para introducir la impedancia de secuencia homopolar del equipo para el 22


análisis de faltas.

Volviendo al modo de ejecución y pulsando el botón Play se muestra el resultado del flujo de carga con la batería conectada. Como se puede observar en la Figura 4.47, la solución gráfica se actualiza, desapareciendo el problema de tensión baja en el bus 9. Si ahora se desconecta la batería, el flujo de carga se recalcula volviéndose a la situación mostrada en la Figura 4.45. Para evitar que las modificaciones realizadas sobre el caso de estudio inicial, o base, sobreescriban la información almacenada en el fichero, es conveniente guardar el caso modificado en un fichero con otro nombre. Se puede proceder de forma similar para estudiar el efecto de modificar el despacho de generación, las posiciones de toma de los transformadores, el valor de las cargas, etcétera.

4.1.5 Realización de una película Otra de las posibilidades que ofrece PowerWorld a la hora de presentar los resultados de un análisis de flujo de cargas es la posibilidad de grabar en una película todo el proceso llevado a cabo durante la simulación. Si se selecciona la opción Make movie dentro del menú Options/Tools aparece el cuadro de diálogo de configuración que se muestra en la Figura 4.48 (a).

En este cuadro se puede configurar el formato de vídeo (avi o mpeg), la profundidad de color, la compresión, el tamaño de cada cuadro y la forma de efectuar la grabación. Si se elige la opción Use buttons to start and stop filming la grabación se controla de forma manual con los botones que aparecen en la parte inferior de la ventana. Una vez que se pulsa el botón de grabación, la ventana cambia al panel de control de vídeo que se muestra en la Figura 4.48 (b), de forma que todas las modificaciones que se realicen durante la simulación quedan grabadas en el vídeo. Finalmente, para guardar el vídeo se pulsa sobre el botón guardar de la ventana, presentándose un cuadro de diálogo que permite seleccionar la ubicación y el nombre con el que guardarlo.

23


4.2 Ejemplo 2. Flujo de cargas dinámico En este ejemplo se presenta un estudio dinámico de la variación del estado del sistema provocada por la variación temporal de la carga. Hay que tener en cuenta que PowerWorld realiza esta simulación como una sucesión de estados estacionarios, por lo que los resultados que va a proporcionar el ejemplo son una sucesión de flujos de carga actualizados según el valor temporal de la carga.

4.2.1 Definición del perfil de carga Para poder efectuar una simulación dinámica es necesario definir la forma en que varía la carga del sistema a lo largo del tiempo. Esto se realiza eligiendo la opción Load Variation Schedules dentro del menú Case

Information. Esta acción provoca la aparición de la ventana mostrada en la Figura 4.49, la cual contiene los perfiles de variación temporal de la carga que se hayan definido, permitiendo modificarlos o introducir perfiles nuevos.

Para generar un nuevo perfil hay que seleccionar la opción Insert del menú que aparece al pulsar con el botón derecho del ratón dentro de la ventana de la Figura 4.49. Tras introducir un nombre al perfil y pulsar OK aparece el cuadro de diálogo de la Figura 4.50 (a).

En esta ventana se puede definir el mismo perfil para todos los días ( Daily Schedule), uno diferente para cada día de la semana ( Weekly Schedule) o uno diferente para laborables y festivos ( Weekday/Weekend). Por defecto, se muestran cinco escalones de carga, pero se pueden introducir tantos como se desee pulsando sobre el botón Insert Time Point. El procedimiento consiste en definir el perfil de carga como un conjunto de parejas de puntos, cada uno de los cuales consta de un registro temporal y un multiplicador. El registro temporal indica cuándo se aplica el multiplicador y el multiplicador indica el valor por el cual se multiplica la carga (se mantiene constante el factor de potencia). PowerWorld interpola de forma lineal el valor del multiplicador entre cada pareja de puntos. Por ejemplo, se puede analizar la evolución temporal del sistema del ejemplo resuelto en el apartado anterior suponiendo que el caso base se corresponde con la demanda del sistema a las 08:00 horas y que el perfil de demanda es el que se indica en la Tabla 4.6.

24


Tabla 4.6. Perfil de variación de carga del ejemplo Hora

Multiplicador

00:00

0,85

04:00

0,75

08:00

1,00

12:00

1,15

16:00

1,05

20:00 24:00

1,30 0,85

Insertando los datos como se ha indicado, la ventana de definición del perfil de carga es la mostrada en la Figura 4.50 (b). Si se pincha en el botón Show Graph, se muestra la representación temporal del perfil, pudiendo ajustar con el ratón los valores del multiplicador simplemente arrastrando los puntos hacia arriba o hacia abajo. Para activar el perfil introducido es necesario comprobar que la casilla Enabled de la ventana mostrada en la Figura 4.49 aparece como YES, en caso contrario se cambia la opción a YES haciendo doble clic con el ratón.

4.2.2 Asignación del perfil de carga Una vez que el perfil está activado hay que indicarle al software cómo tiene que considerar la variación dentro del sistema, pudiendo aplicarse dentro de una zona o dentro de un área. Para aplicar la variación solo a una zona del sistema hay que seleccionar el registro de zonas del caso, disponible en el menú Case Information en la opción Zones. Pinchando con el botón derecho del ratón sobre el registro de la zona a la cual se quiere aplicar el perfil de carga y seleccionando la opción Show Dialog aparece el cuadro de diálogo mostrado en la Figura 4.51.

En el menú desplegable que aparece bajo la opción Load Schedule se elige el perfil de carga deseado para la zona, entre todos los que se hayan definido. Si lo que se desea es aplicar el perfil de carga a un área del sistema en lugar de a una zona, el procedimiento es similar pero eligiendo el registro de áreas del caso, disponible dentro del menú Case Information en la opción Áreas. En el cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 4.52, dentro de la pestaña Options, se puede fijar el perfil de carga deseado en el menú desplegable Load Schedule.

25


4.2.3 Configuración de las opciones de simulación El último paso consiste en definir el periodo durante el cual se quiere realizar el proceso de simulación. Este periodo, así como la velocidad a la cual se quiere efectuar dicho proceso, se selecciona en la pestaña Simulation de la opción Solution/Environment que se encuentra dentro del menú Options/Tools. En la Figura 4.53 se muestra un ejemplo de configuración del periodo de simulación, para el cual se ha tomado como tiempo de inicio las 00:00 horas del lunes y como tiempo de finalización las 23:59 horas de ese mismo día.

La velocidad a la que se quiere realizar el proceso de simulación se configura en el recuadro Simulation

Speedup. Si se indica el valor 1 la simulación se realiza en tiempo real por lo que para el caso del ejemplo tardaría 24 horas en completarse. Sin embargo, cuanto mayor sea la velocidad relativa menos tarda PowerWorld en realizar la simulación. Una velocidad de simulación de tiempo real está indicada cuando se quiere interactuar con el caso y responder a diferentes eventos que PowerWorld genera de forma aleatoria. La ocurrencia de estos eventos se selecciona dentro del recuadro Unexpected Events. Una vez que se han fijado el periodo y la velocidad de simulación, al pulsar el botón Play el proceso de simulación comienza y los valores del flujo de cargas se van actualizando de forma dinámica al irse modificando la demanda, según el perfil de carga que se haya indicado. Para volver a ejecutar la simulación desde el comienzo hay que seleccionar la opción Restart del menú

Simulation, o bien, pinchar el botón correspondiente de la barra de tareas Run Mode.

26


4.3 Ejemplo 3. Análisis de contingencias En este ejemplo se presenta un análisis de contingencias sobre el sistema definido en el apartado 3.1. Este análisis permite conocer los efectos que ocasionan la perdida de diferentes elementos del sistema (contingencia) cuando este se encuentra en un determinado estado de operación. El estado de operación que se va a utilizar como base es el resuelto en el ejemplo 1. PowerWorld permite efectuar el análisis de contingencias de un caso de estudio tanto de forma gráfica, sobre el diagrama unifilar, como de forma automatizada. Sin embargo, aunque es posible realizar el análisis de contingencias directamente sobre el diagrama unifilar del caso que se está simulando, abriendo y cerrando interruptores y analizando los cambios en el flujo de cargas, resulta de mayor utilidad realizar el análisis de forma automatizada. Para ello, si se selecciona la opción Contingency Analysis dentro del menú Options/Tools, se carga el módulo de análisis de contingencias. Este módulo inicialmente se encuentra vacío si no se ha realizado un análisis previo, tal y como se muestra en la Figura 4.54.

4.3.1 Inserción manual de una contingencia Para insertar una contingencia se selecciona la opción Insert del menú que aparece al pinchar con el botón derecho del ratón dentro de la ventana de la Figura 4.54. Así, aparece el cuadro de diálogo de inserción de contingencias que se muestra en la Figura 4.55.

Pinchando en el botón Add Contingency aparece un cuadro de diálogo donde se debe introducir un nombre para identificar la contingencia. Por ejemplo,

Apertura de la línea 4-9.

Se pincha en el botón OK y,

posteriormente, en el botón Insert New Element y aparece un cuadro de diálogo como el que se muestra en la Figura 4.56, donde se elige el tipo de elemento y la acción que se desea realizar.

27


Para el caso de la apertura de la línea entre los buses 4 y 9 del ejemplo se selecciona como elemento la rama (Branch), como tipo de acción la apertura ( Open), como bus emisor el 4 y como bus receptor el 9. Pulsando el botón OK se retorna al módulo de análisis de contingencias que contendrá la contingencia que se acaba de definir. Antes de realizar el análisis puede ser necesario configurar las opciones del algoritmo de análisis y los límites de los parámetros a monitorizar. Estas opciones están disponibles en la pestaña Options, tal y como se muestra en la Figura 4.57.

En el recuadro Calculation Method se elige el tipo de algoritmo para resolver el flujo de cargas. Pinchando en el botón Define Contingency Solution Options se especifican las opciones a aplicar en el algoritmo del flujo de cargas y pinchando en el botón Limit Monitoring Settings se fijan los límites de las variables a monitorizar. Esta última opción se presenta en la ventana de la Figura 4.58. En esta ventana se elige el porcentaje de carga a partir del cual se considera que se produce una contingencia en una rama y el límite de potencia sobre el que se aplica. Por defecto está establecido el 100 % del límite A. Igualmente, se pueden definir los límites máximos y mínimos de la tensión en los buses, que por defecto están establecidos en 1,1 y 0,9 p.u.

4.3.2 Análisis de resultados Una vez configuradas todas las opciones se ejecuta el análisis de las contingencias que se hayan definido pinchando sobre el botón Start Run, que se activa en la pestaña Contingencies del módulo de análisis. Para la contingencia definida anteriormente, el software proporciona el resultado que se muestra en la Figura 4.59. En la parte superior de la ventana se indica que la contingencia se ha procesado y que el algoritmo ha alcanzado una solución, produciéndose la violación de un límite de tensión mínima. En la parte inferior de la ventana se da más información sobre la violación, indicándose que la apertura de la línea entre los buses 4 y 9 provoca un valor de tensión de 0,83 en el bus 9, por debajo del valor mínimo. 28


Esta misma información está disponible pinchando sobre el botón Show related contingencies, de forma que el módulo de análisis cambia a la pestaña Line, Buses, Interfaces y muestra el elemento donde se ha superado alguno de los límites. Por último, en la pestaña Summary se ofrece un resumen del resultado del análisis, como se muestra en la Figura 4.60.

4.3.3 Inserción automática de contingencias Puesto que el análisis de contingencias es un análisis masivo, PowerWorld permite insertar todo tipo de contingencias de forma automática. Esta opción está accesible pinchando en el botón Auto Insert que aparece en la ventana del módulo de análisis de contingencias.

En el cuadro de diálogo que aparece se puede seleccionar el tipo de contingencia simple (línea, transformador, rama, generador o bus) o múltiple. Las contingencias múltiples se generan como una combinación seleccionable de líneas, transformadores y generadores. Por ejemplo, si se desea realizar sobre el sistema del ejemplo un análisis de contingencias de tipo N-1, hay que insertar como contingencia la pérdida de cada uno de los elementos del sistema de forma individual. Para ello, en la ventana mostrada en la Figura 4.61 (a), se selecciona primero la apertura de una rama ( Single transmission

line or transformer) y se pulsa Do Insert Contingencies. De esta manera se insertan automáticamente 9 contingencias correspondientes a la pérdida de cada una de las 9 ramas del sistema.

Volviendo a pinchar el botón Auto Insert se seleccionan las contingencias de pérdida de un generador ( Single

generating unit). Al pinchar sobre el botón Do Insert Contingencies se incluyen otras 2 contingencias, las 29


correspondientes a la pérdida de cada uno de los generadores que hay en el sistema salvo el generador de balance (slack). Si además se quieren analizar contingencias de tipo N-2 como, por ejemplo, la pérdida simultánea de una línea y un generador, ejecutando de nuevo Auto Insert se configura la ventana como se muestra en la Figura 4.61 (b). Pulsando sobre Do Insert Contingencies se insertan 12 nuevas contingencias.

4.3.4 Análisis de resultados Una vez insertadas todas las contingencias que se quieren analizar, pinchando sobre el botón Start Run se ejecuta el análisis y se muestran los resultados. Para el ejemplo desarrollado, la ventana de resultados es la que se muestra en la Figura 4.62. Navegando por la ventana de resultados se pueden analizar rápidamente las consecuencias que provocaría, sobre el caso de estudio, la ocurrencia de las diferentes contingencias estudiadas. Por ejemplo, se puede observar cómo, tanto la contingencia número 14 como la 22, provocan violaciones en los límites de alguna variable. En la Figura 4.62 se observa también que existen algunas contingencias que no se han resuelto ( Unsolved). Esto se debe a que el algoritmo del flujo de cargas no ha podido converger. Estas contingencias, en el caso de producirse, provocarían un apagón en el sistema estudiado.

Adicionalmente, si se selecciona una contingencia específica, el programa indica en la parte inferior derecha de la ventana cómo está definida la contingencia y en la parte inferior izquierda dónde se superan los límites. Por ejemplo, la contingencia número 14 consiste en la pérdida del generador 3 y la apertura simultánea de la línea entre 4 y 9. En caso de ocurrir, se producirá en el bus 9 una tensión de 0,81 p.u., por debajo del límite inferior.

Si se pincha sobre un elemento que está fuera de límites y, posteriormente, se pincha sobre el botón Show

related contingencies, se muestra la situación del elemento seleccionado. En este caso la contingencia solo provoca la violación de un límite en el bus 9 por lo que únicamente puede seleccionarse dicho bus. Esta acción provoca que la ventana de análisis de contingencias cambie a la presentación de resultados por elementos, 30


indicando los resultados para el elemento seleccionado, en este caso para el bus 9, tal y como se muestra en la Figura 4.63. Se puede comprobar que para este bus existe otra contingencia que provoca también una violación del límite mínimo de tensión. Procediendo de la misma forma se analizan el resto de contingencias para las que se producen violaciones. Por ejemplo, si se selecciona la contingencia 22 se indica que la pérdida simultánea del generador 3 y de la línea entre 4 y 5 provoca sobrecargas en el transformador entre 1 y 4 y en la línea entre 4 y 9, tal y como queda reflejado en la Figura 4.64. Si se quiere analizar la situación del transformador que conecta los buses 1 y 4, se selecciona con el ratón la parte inferior y, pinchando sobre el botón Show related contingencies, la ventana de análisis cambia mostrando los detalles.

Como se puede observar en la Figura 4.65, la única contingencia analizada que provoca sobrecargas en el transformador entre 1 y 4 es la número 22. En este caso se alcanza una situación de sobrecarga del 108 por cien.

31


4.4 Ejemplo 4. Análisis de faltas En este ejemplo se presenta un análisis de diferentes tipos de faltas sobre el sistema definido en el apartado 3.1 y tomando como estado de partida (prefalta) la solución del flujo de cargas obtenida en el ejemplo 1. Este análisis se realiza tanto para faltas simétricas como asimétricas, localizadas en un bus o en una línea del sistema. PowerWorld permite también simular faltas internas en transformadores, ya que estos se tratan como si fueran ramas.

4.4.1 Introducción de las impedancias de secuencia El primer paso para realizar el análisis de faltas de un caso consiste en introducir las impedancias de secuencia de todos los elementos de los que consta el caso, esto es, de las líneas, transformadores, generadores y equipos de compensación El valor de estas impedancias para los elementos del sistema eléctrico del ejemplo son los que se indican en las Tablas 4.7 a 4.9. Todos los datos están dados en valores p.u. para una potencia base de 100 MVA. Tabla 4.7. Impedancia de secuencia de las líneas De bus

A bus

Ro (pu)

Xo (pu)

CD (pu)

4

5

0,0170

0,0920

0

5

6

0,0390

0,1700

0

6

7

0,0119

0,1008

0

7

8

0,0085

0,0720

0

8

9

0,0320

0,1610

0

9

4

0,0100

0,0850

0

Tabla 4.8. Impedancia de secuencia de los transformadores De bus

A bus

Ro (pu)

Xo (pu)

Co (pu)

Grupo de conexión

1

4

0

0,0576

0

Dynl

2

8

0

0,0625

0

Dynl

3

6

0

0,0586

0

Dynl

Tabla 4.9. Impedancias de secuencia de los generadores Generador

R1 (pu)

X1 (pu)

R2 (pu)

X2 (pu)

Ro (pu)

Xo (pu)

Conexión neutro

1

0

0,15

0

0,17

0

0,10

Rígido

2 3

0 0

0,13 0,14

0 0

0,15 0,16

0 0

0,08 0,09

Rígido Rígido

Para introducir las impedancias de secuencia de los elementos del sistema se puede ir uno a uno, pinchando con el botón derecho del ratón sobre ellos en el diagrama unifilar y seleccionando la opción Information

Dialog. Tanto las impedancias de secuencia como el resto de datos necesarios se introducen en la pestaña Fault Parameters de la ventana de configuración. El inconveniente que tiene este método es que, si el sistema tiene muchos elementos, es fácil olvidarse de introducirlos datos de alguno de ellos, por lo que es recomendable seguir el método que se propone a 32


continuación y que está basado en la utilización de los registros del caso. Comenzando por los generadores, se pincha en la opción Generators del menú Case Information, lo cual despliega el registro de generadores del caso. Pinchando con el botón derecho sobre el primero de ellos se despliega un menú donde se selecciona la opción Show Dialog, tal y como se muestra en la Figura 4.66.

Esto da lugar a que se presente la ventana de introducción de los parámetros del generador, mostrada en la Figura 4.67.

Pinchando en la pestaña Fault Parameters se indican los parámetros que es necesario configurar para el análisis de falta. Estos parámetros se refieren a: • Potencia base del generador (Generator MVA Base). Es la potencia a la que están referidas las impedancias de secuencia. Por defecto es la potencia base del caso. • Puesta a tierra. Si el neutro del generador está puesto a tierra hay que activar la casilla Neutral Grounded. En caso de estarlo a través de una impedancia, en las casillas Neutral-to-Ground Impedance se indica la resistencia y la reactancia de la puesta a tierra. •

Impedancias de secuencia. En

las casillas Positive, Negative y Zero Sequence Internal Impedance se

indican las resistencias y reactancias de secuencia del generador. Además, en las casillas Generator Step

Transformer se indica la impedancia de secuencia homopolar y la posición de la toma para el transformador elevador, siempre que este no se haya modelado explícitamente en el caso de estudio. Para el resto de generadores del ejemplo se procede de forma similar a la explicada. Para las líneas y los transformadores el procedimiento es similar, pero abriendo su correspondiente registro. Este registro es común y está disponible dentro del menú Case Information seleccionando la opción Lines and

Transformers.

Dependiendo de que el elemento sobre el que se realiza la acción sea un transformador o una línea, la ventana de parámetros de falta es algo diferente. En el caso de un transformador (Figura 4.68) los parámetros que hay 33


que configurar se refieren a:

•

Impedancia de secuencia homopolar. En las casillas

Zero Sequence Impedance se introducen las componentes

de la impedancia de secuencia homopolar del transformador. En las casillas Zero Sequence Line Shunt Admitance se introducen las componentes de secuencia cero de los elementos de compensación ubicados en los extremos del transformador en el caso de que existan. En las casillas

Ground impedance se introduce la impedancia de la puesta a tierra del neutro o neutros del transformador en caso de que existan. •

Grupo de conexión (Configuration).

En el menú desplegable se selecciona el grupo de conexión del

transformador. Si el transformador produce un giro en el ángulo de las tensiones y corrientes del secundario, este ángulo hay que introducirlo en grados en la casilla Phase Shift Degrees de la pestaña Transformer4. En la Figura 4.68 se muestra cómo hay que configurar los parámetros de falta para el transformador conectado entre los buses 1 y 4 del ejemplo. Además, debido a que el grupo de conexión tiene un índice horario 1 hay que indicar un ángulo de 30° en la casilla Phase Shift Degrees. Para el testo de transformadores del caso se procede de forma similar. Por último, en el caso de las líneas la pestaña de parámetros de falta es similar a la de los transformadores salvo que la opción Configuration se encuentra desactivada. En la Figura 4.69 se muestra el aspecto de la ventana de configuración de los parámetros de falta para la línea entre los buses 4 y 5 del ejemplo. Para el resto de líneas del caso se procede de forma similar.

4.4.2 Opciones del módulo de análisis de faltas El módulo de análisis de faltas está disponible dentro del menú Options/Tools pinchando en la opción Fault

Analysis. Este módulo consta de dos pestañas para configurar el tipo de falta ( Fault Data) y las opciones de análisis (Fault Options).

La pestaña Fault Data, que se muestra en la Figura 4.70, consta de las siguientes opciones: 4

Este giro no influye en los resultados del flujo de carga, tan solo suma el ángulo de giro a las tensiones en los buses conectados a ese extremo del transformador. Sin embargo, sí que influye en el cálculo de las corrientes de cortocircuito, por lo que no tenerlo en cuenta daría

34


•

Localización de la falta (Fault Location).

Permite seleccionar entre faltas en un bus o faltas en una rama.

Dependiendo de la opción seleccionada se muestra en el cuadro de la izquierda la lista de buses o la lista de ramas del caso. Además, en el caso de seleccionar faltas en líneas se activa la casilla Location para indicar la posición del punto de falta respecto del bus tomado como srcen de la línea. •

Tipo de falta (Fault Type). Permite seleccionar entre falta monofásica, bifásica, bifásica a tierra

•

Tipo de unidades ( Data Type Shown).

y trifásica.

Los resultados del análisis se pueden mostrar en valores p.u. o en

amperios. • •

Corriente de falta (Fault Current). Muestra el valor de la corriente en el punto de falta en módulo y argumento. Representación unifilar (Oneline Display). Permite seleccionar entre la representación unifilar de los resultados

del flujo de carga (Normal) o de la distribución de corrientes de falta para cada una de las 3 fases o para todas a la vez. •

Resultados tabulados.

La tabla de la parte inferior de la pantalla muestra las corrientes de falta en todos los

elementos del sistema para la falta analizada. Para moverse entre los diferentes tipos de elementos hay que pinchar sobre la pestaña correspondiente. Por último, en la parte inferior de la ventana se muestran los botones para ejecutar el análisis ( Calculate) y para borrar los resultados (Clear).

La segunda pestaña, Fault Options, que se muestra en la Figura 4.71, consta de las siguientes opciones: •

Impedancia de falta (Fault Impedance). Permite introducir el valor de la impedancia de falta. Se debe introducir

en valor p.u. y referida a la potencia base del sistema. •

Condición de prefalta ( Pre Fault Profile).

Permite seleccionar entre distintos tipos de condición de prefalta:

perfil de tensiones según el flujo de cargas (Solved Power Flow), perfil plano según la norma IEC-909 (Flat

IEC-909) o perfil plano clásico ( Flat Classical). Si se selecciona un perfil de tensiones plano se pueden seleccionar las siguientes casillas: • XF turns ratio set to 1.0 . Si se activa esta opción, todos los ratios de los cambiadores de toma de los transformadores se consideran con valor 1. • Line charging set to 0. Si se activa esta opción, se ignoran las ramas de vacío de las líneas. • Shunt elements. Los elementos de compensación paralelo se tratan durante el cálculo de faltas de forma normal (Normal), se ignoran en la secuencia positiva ( + Sequence 0) o se ignoran en todas las secuencias ( All Sequences 0). Además, en caso de seleccionar el perfil de tensiones según la norma IEC-909 se activan las casillas IEC Parameters para indicar el valor de la tensión y el ángulo interno en los generadores. • Impedancia de secuencia homopolar de líneas mutuamente acopladas ( Zero Sequence Mutual Impedances). Esta opción permite modelizar la impedancia homopolar de acoplamiento de las líneas que circulan en paralelo. Así, seleccionando la opción Insert del menú que aparece al hacer clic con e! botón derecho del ratón, se despliega lugar a un resultado aproximado.

35


un cuadro de diálogo para definir dicha impedancia. •

Cargar y guardar impedancias de secuencia.

Se pueden cargar y guardar las impedancias de secuencia de los

elementos del sistema en ficheros auxiliares de PowerWorld, con extensión .aux, o de PSS/E, con extensión

.seq.

4.4.3 Estudio de una falta en un bus A modo de ejemplo se va a estudiar una falta monofásica en el bus 5 del sistema analizado. Para ello, se puede seleccionar en la ventana de análisis de faltas el bus 5, o bien, directamente sobre el diagrama unifilar, seleccionar la opción Fault que aparece al hacer clic con el botón derecho del ratón sobre el bus número 5. En cualquier caso, la ventana de configuración de la falta propuesta tiene el aspecto indicado en la Figura 4.72.

Dejando la opción de prefalta por defecto (resultado del flujo de cargas) y pulsando sobre el botón Calculate, el módulo de análisis de faltas muestra los resultados, que se corresponden con una corriente de falta de 1103,64 A con un desfase de -109,71° respecto de la tensión en el punto de falta, tal y como se muestra en la Figura 4.73.

Pinchando en las diferentes pestañas se pueden ver los resultados para las tensiones de falta en los buses, las corrientes de falta en los extremos de las líneas y transformadores y las corrientes de falta en los generadores, cargas y elementos de compensación.

Adicionalmente, se puede observar en la Figura 4.73 que, una vez que se ha realizado el cálculo, aparece una nueva pestaña denominada Matrices. En esta pestaña se muestran las matrices de admitancias de secuencia positiva, negativa y homopolar para la falta analizada. Estas matrices se pueden exportar a un fichero de MATLAB desde el menú File eligiendo la opción Save Ybus or Jacobian. 36


Si se desea analizar la distribución de las corrientes de falta sobre el diagrama unifilar, seleccionando la opción Phase A en el recuadro Oneline Display, el diagrama unifilar adopta la representación mostrada en la Figura 4.74.

Finalmente, al seleccionar la opción Line Information Dialog, que aparece al pinchar con el botón derecho del ratón sobre una línea del sistema, se muestra el cuadro de diálogo de la línea, en el cual se incluye una nueva pestaña denominada Fault Currents. Seleccionando esta pestaña se obtiene información sobre las corrientes de falta en los extremos, tal y como se muestra en la Figura 4.75 para la línea conectada entre los buses 4 y 5.

4.4.4 Estudio de una falla en una línea Para el caso de faltas en líneas, el procedimiento es similar que para estudiar faltas en buses salvo que es necesario indicar la localización de las mismas. Así, si se quiere analizar una falta trifásica en la línea que conecta los buses 5 y 6 del sistema del ejemplo a una distancia del 40 por cien respecto del bus 5, se procede como se indica a continuación.

Se selecciona en la ventana de análisis de faltas la línea con srcen en el bus 5 y final en el bus 6, o bien, directamente sobre el diagrama unifilar, se selecciona la opción Fault que aparece al hacer clic con el botón derecho del ratón sobre la línea. En cualquier caso, ajustando la distancia a la cual se produce la falta al 40 por cien, la ventana de configuración de la falta propuesta queda como se indica en la Figura 4.76.

Dejando la opción de prefalta por defecto (resultado del flujo de cargas) y pulsando sobre el botón Calculate se muestran los resultados del análisis en la parte inferior de la ventana. Para el ejemplo, la corriente de falta calculada tiene una magnitud de 1231,79 A y un desfase de -107,61° respecto de la tensión en el punto de falta. 37


El análisis de los resultados sobre la ventana se realiza de forma similar a como se ha comentado para la falta en el bus. En este caso se puede observar en la Figura 4.77 que se ha introducido un nuevo bus. Este bus se corresponde con el punto de la línea donde se produce la falta. Se pueden analizar los resultados de forma gráfica seleccionando la opción Phase A en la ventana de la Figura 4.77. De esta forma se muestra sobre el diagrama unifilar la distribución de corrientes por la fase A del sistema, tal y como se indica en la Figura 4.78.

4.5 Ejemplo 5. Despacho económico de cargas Además de estudios de tipo técnico como el flujo de cargas, el análisis de contingencias y el análisis de faltas, PowerWorld permite también realizar estudios de tipo económico. Uno de estos estudios es el despacho económico de cargas, que consiste en buscar aquel despacho de generación que tenga un coste mínimo para un determinado programa de consumo. En este ejemplo se muestra cómo resolver el problema del despacho económico para el sistema definido en el apartado 3.1.

4.5.1 Introducción de datos de costes de generación Para poder realizar un análisis de despacho económico es necesario suministrar al software los datos relativos al coste de generación de los diferentes generadores contenidos en el caso de estudio. Estos datos se suministran desde el cuadro de diálogo de los generadores, al que se accede a partir del registro de generadores del menú

Case Information o pinchando directamente con el botón derecho del ratón en el diagrama unifilar y seleccionando la opción Generator Information Dialog. Los datos de coste se introducen dentro de la pestaña Costs, tal y como se muestra en la Figura 4.79 para el generador 1 del caso del ejemplo.

El software permite no tener en cuenta los costes de generación ( None) o utilizar dos modelos diferentes para 38


definir la estructura de costes: •

Modelo cúbico (Cubic Cost Model):

se define el coste como el producto del coste de combustible ( Unit Fuel

Cost) en $/Mbtu por una función cúbica de la potencia en Mbtu/h ( Cubic I/O Model). Esta función se define a partir de sus coeficientes como A + B.P + C.P2 + D.P3. A este coste se le puede añadir el coste de operación y mantenimiento de la planta ( Variable O&M) en $/MWh. Además, para hacer estudios de sensibilidad se puede escalar el coste sumándole un componente ( Cost Shift) en $/MWh y multiplicando el resultado por un multiplicador (Cost Multiplier). •

Modelo escalonado (Picewise Linear): el coste se define mediante una función escalón insertando, con el botón derecho del ratón, pares de valores de potencia en MW y coste asociado en $/MWh. A este coste se le puede

añadir un coste fijo ( Fixed Costs) en $/h. En este modelo los campos de coste de combustible y coste de operación y mantenimiento no se utilizan. Además, se puede convertir un modelo cúbico de costes en uno escalonado, seleccionando el número de escalones en la casilla # of Break Points y pinchando en el botón Convert to Linear Costs . Las otras tres casillas que se muestran en la ventana dentro del recuadro de resultados ( Results) se activan una vez resuelto el caso e indican el coste marginal de generación (Marginal Cost), el coste que se obtiene con el algoritmo de despacho económico o con el flujo óptimo de cargas en caso de ejecutarse ( ED/OPF) y el coste de generación sin tener en cuenta los factores de escalado de la función (Unscaled Cost). A modo de ejemplo, para resolver el despacho económico sobre el sistema analizado, se va a suponer una curva de costes cúbica para los tres generadores del caso, con los coeficientes y coste de combustible que se indican en la Tabla 4.10. Tabla 4.10. Parámetros de costes de los generadores del caso del ejemplo A

B

C

D

Coste combustible

Bus 1

150

5

0,1100

0

1,8

Bus 2

600

1,2

0,0850

0

0,7

Bus 3

335

1

0,1225

0

1,0

En la Figura 4.79 se muestra la pestaña de costes de! generador 1 configurada con los parámetros indicados. El proceso es similar para los generadores 2 y 3.

4.5.2 Selección del despacho económico y opciones Aunque se indiquen los costes de generación de todos los generadores, es necesario activar la opción de despacho económico antes de simular el caso ya que, por defecto, PowerWorld está configurado para no seguir ningún tipo de control. Esto es, la simulación resuelve un flujo de cargas asignando toda la diferencia entre el despacho de generación y el de carga al bus de balance. Existen diferentes posibilidades de activar el algoritmo de despacho económico. La opción más sencilla consiste en acceder al cuadro de diálogo del área, pinchando en una zona libre del diagrama unifilar, y seleccionando la opción Area Information Dialog. Esto da lugar a la ventana mostrada en la Figura 4.80. En el recuadro Área Control Options hay que seleccionar la opción de despacho económico (Economic

Dispatch Control). De esta manera, los generadores del área se despachan para cubrir la demanda de la misma y 39


los intercambios de potencia programados con las áreas adyacentes, de forma que se minimiza el coste total de generación.

A la hora de resolver el despacho económico también se puede incluir como opción la consideración de las pérdidas a través de los factores de penalización de pérdidas. Esta opción se activa o desactiva pinchando sobre la casilla Include Loss Penalty Factors que se encuentra en la pestaña Options.

4.5.3 Análisis de resultados Inicialmente se va a determinar el coste de generación del despacho propuesto en la Tabla 4.5, que es el que se ha utilizado hasta ahora en el caso del ejemplo. Posteriormente se pasará a comprobar cómo el despacho económico de cargas consigue minimizar el coste de generación Aunque PowerWorld calcula dicho coste, no lo muestra directamente sobre el diagrama unifilar. Sin embargo, se puede indicar que lo haga insertando el campo correspondiente. Para ello, desde el modo de edición, se elige la opción Área Field del menú desplegable Field que se encuentra dentro del menú Insert. El cursor cambia a una cruz y, pinchando en el lugar donde se desea insertar el valor, aparece un cuadro de diálogo como el de la Figura 4.81.

En este cuadro se elige la variable para la que se desea mostrar el valor, en este caso el coste horario de generación (Hourly Cost). Se puede introducir también un campo de texto a modo de comentario para poder identificar mejor el dato. Los campos de texto se insertan con la opción Text del menú Insert. El resultado de esta acción es el que se muestra en la Figura 4.82.

Una vez determinada la configuración, y habiendo seleccionado la opción No Área Control en el cuadro de diálogo del área mostrado en la Figura 4.81, si se cambia al modo de ejecución y se pulsa el botón Play, se determina el flujo de carga y el coste del despacho simulado. Para el despacho propuesto y con los datos de coste 40


indicados, el coste horario de generación asciende a 5346,25 $/h. Si a continuación se selecciona la opción Economic Dispatch Control en el cuadro de diálogo de área y se vuelve a simular, se observa cómo el despacho de generación se ha modificado dando lugar a un coste horario de generación de 5126,33 S/h. En la Figura 4.83 se muestra el resultado del despacho económico sobre el diagrama unifilar del caso. Si se mantiene la opción de control del área mediante despacho económico, siempre que se realicen modificaciones en el caso, el algoritmo resolverá el nuevo despacho de generación que se corresponda con el mínimo coste posible.

5 Ejercicios propuestos Se propone al lector realizar con PowerWorld los diferentes ejercicios expuestos en el Capítulo 5 mediante el software PSS/E sobre el caso del ejemplo IEEE 14. Adicionalmente, el lector encontrará en [2] la descripción y la solución del flujo de cargas de sistemas eléctricos de diferente tamaño, desde 14 hasta 300 buses. La descripción de los datos está en el formato del IEEE [3].

6 Bibliografía 1. Zimmerman, R.D., Murillo, CE., Gan, D.D. (enero 2005).

Matpower User's Manual.

School of Electrical

Engineering, Cornell University, Ithaca, NY. http://www.pserc.corneli.edu/matpower/ 2. Power

System Test Case Archive.

University of Washington, Electrical Engineering Department,

http://www.ee.washington.edu/research/pstca/ 3. Common Data Format for the Exchange of Solved Load Flow Data, Apparatiis and Systems, vol. PAS-92, n.° 6. Pp. 1916-1925

IEEE Tmnsactions on Power

(noviembre/diciembre 1973) .

4. PowerWorld Corporation: http://wvAv.powerworld.com/ 5. PowerWorld Simulator User's Guide (2004). PowerWorld Corporation. Champaign, IL

41


Programa de flujo de potencia5 en un fichero ejecutable a partir de un fichero de datos de la siguiente estructura La aplicación " FLUJO " a un programa para la resolución del flujo de cargas en un sistema de potencia. Este programa permite la solución de las ecuaciones del flujo de carga por el método de Newton-Raphson de sistemas de hasta 50 líneas, 30 barras y 15 transformadores de control. Admite tres tipos de barras: 1.- REFERENCIA. 2.- TENSION CONTROLADA. 3.- CARGA. El modelo en " PI " ser la equivalencia para estudiar las líneas. Los transformadores de control pueden tener la relación de transformación compleja. El error máximo permitido es de 1E-6 en la solución. Los valores serán por unidad (p.u.). La entrada de datos sería mediante la creación de un fichero con la extensión " DAT " ( ********.DAT). Se facilita un fichero tipo llamado RED. DAT. La estructura del fichero sería: NL, NB, NC BS, BE, L, GS, BS, GE, BE, R, X

(LINEAS)

... TB, PARAMETRO,S ... TS, TE, R, X, AM, AF

(BARRAS) (TRANSFORMAD. C.)

... donde: NL es el número de líneas. NB es el número de barras. NC es el número de transformadores de control. Por cada una línea, en orden correlativo, habrá: BS barra entrante. L longitud de la línea. GS, BS, admitancia unitaria asociada a la barra saliente. GE, BE, admitancia unitaria asociada a la barra entrante. R, X, impedancia unitaria de la línea. Por cada barra, en orden correlativo, se indicar : TB tipo de barra. PARÁMETROS parámetros de la barra según su tipo. Cuando la barra es de tipo: 1, VM, VF 5

Programa adaptado para la tesis doctoral de José Ramón Aranda Sierra(1.992) 42


2, VM, P, QMIN, QMAX 3, P, Q Siendo: VM módulo de la tensión. VF ángulo de la tensión. P

potencia activa.

Q

potencia reactiva.

QMIN potencia reactiva mínima. QMAX potencia reactiva máxima. Para los transformadores de control, por orden correlativo, se indicar : TS, barra saliente del transformador. TE, barra entrante del transformador. R, resistencia. X, reactancia. AM, AF, módulo y ángulo de la relación de transformación. En caso de que no se sepa formar el fichero de datos ejecutar el programa DATOS. Para ejecutar el programa basta con teclear FLUJO y presentar en pantalla los ficheros con la extensión .DAT de que se dispone. 3

3

0

1 2

2 3

1 1

0 0

.0001 .00001

3

1

1

0

.000001

1

1.1

0

3

-.5

-.2

3

-.5

-.2

0 0

.0001 .00001

0

.000001

.1 .01 .05

.2 .1 .2

Una vez introducido el nombre del fichero de datos seleccionado, continuaría la ejecución creándose un fichero con el mismo nombre que el de datos, pero con la extensión RES.6 FLUJO DE CARGA FICHERO ............................... prueba NUMERO DE LINEAS ...................... 3 NUMERO DE BARRAS ...................... 3 NUMERO DE TRANSF. DE CONTROL .......... 0 DATOS DE LAS LINEAS L I J

GS

BS

GE

BE

R

X

=== === === ========== ========== ========== ========== ========== ========== 1 1 2 0.000000 0.000100 0.000000 0.000100 0.100000 0.200000 2 2 3 0.000000 0.000010 0.000000 0.000010 0.010000 0.100000 3 3 1 0.000000 0.000001 0.000000 0.000001 0.050000 0.200000 6

DIRECCION:[email protected]

43


DATOS DE LAS BARRAS BARRA T V(MOD)

V(FASE)

P

Q

===== = ======== =========== ========== ========== ========== 1 1 1.100000

0.000000

2 3

-0.500000

-0.200000

3 3

-0.500000

-0.200000

MATRIZ DE ADMITANCIAS 3.2 -8.7j -2.0 +4.0j -1.2 +4.7j -2.0 +4.0j 3.0 -13.9j -1.0 +9.9j -1.2 +4.7j -1.0 +9.9j 2.2 -14.6j ITERACION 1 DV= 8.583662E-02 ITERACION 2 DV= 4.526815E-03 ITERACION 3 DV= 2.096746E-05 ITERACION 4 DV= 4.533524E-10 CONVERGE EN 4 ITERACIONES SALIDA DE BARRAS BARRA V (MOD)

V(FASE)

P.ACT. (P) P.REAC.(Q)

===== ========= =========== ========== ========== 1

1.100000

2

1.018233 -4.386067 -0.500000 -0.200000

0.000000

1.041356

0.512343

3 1.023245 -4.428502 -0.500000 -0.200000 RENDIMIENTO DEL TRANSPORTE: 96.0287 % SALIDA DE LINEAS L I J

P.ACT. (P) P.REAC.(Q)

=== === === ========== ========== 1 1 2 O 0.529080 --- F 0.502588

0.201459 0.148698

2 2 3 O 0.002588 -0.051302 --- F 0.002562 -0.051535 3 3 1 O -0.497438 -0.251535 --- F -0.512276 -0.310884

44

Power World Simulator

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