Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización. de distribución.

Transcripción

1 I. Introducción II. Modelado de elementos Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización de fallas en sistemas de distribución. Presentado por: MSc. (c) Andrés Ricardo Herrera Orozco Director: PhD. Juan José Mora Flórez Pereira, Marzo de /33

2 I. Introducción II. Modelado de elementos Contenido 1. Introducción 2. Modelado de elementos de circuitos de distribución para localización 3. Pruebas y resultados con localizadores MBM y MBC 4. Conclusiones y recomendaciones 2/33

3 I. Introducción II. Modelado de elementos Planteamiento del problema Fallas Continuidad del suministro Índices de continuidad SAIFI SAIDI 3/33

4 I. Introducción II. Modelado de elementos Como se enfrenta Continuidad del suministro Metodologías basadas en el conocimiento (MBC) Metodologías para localización de fallas Metodologías basadas en el modelo (MBM) S/E V, I a a a b c Parámetros Modelado del circuito modelo Modelo de carga Modelo de Línea Modelo de Fuente 4/33

5 I. Introducción II. Modelado de elementos Software de simulación Es libre y gratuito Es una herramienta potente Herramienta viable para realizar el modelado de un sistema de distribución. ATP ofrece forma de adaptar modelos del circuito (Models). 5/33

6 I. Introducción II. Modelado de elementos Modelado de cargas Zcte Modelado de cargas estáticas n p n S Pn a pk p. u. n qk p. u. k 0 n k 0 q b pk b V jq a V qk p n q a pk a k 0 qk k 0 1 (1) Modelo ZIP b p b V jq V q S Pn p. u. n p. u. (2) Modelo exponencial 6/33

7 I. Introducción II. Modelado de elementos Desarrollo del modelo Herramienta de Models ATP Models Type-94 Norton non-transmission MODEL -- Nombre del modelo INPUT Nombre de las variables de entrada separadas por, OUTPUT Nombre de las variables de salida DATA Nombre de las variables externas CONST Se pueden definir constantes en el modelo VAR Nombre de las variables locales HISTORY Valores por defecto de variables y expresiones {DFLT:n} INIT Inicializacion ENDINIT... EXEC Ejecucion del programa ENDEXEC ENDMODEL Lenguaje fortran 7/33

8 I. Introducción II. Modelado de elementos Discretización rama RL ATP, Regla trapezoidal i km R v k v m (5) i km L (3) Circuito equivalente compañero v k v m (4) 8/33

9 I. Introducción II. Modelado de elementos Amortiguamiento de oscilaciones numéricas 10,0 [kv] 6,2 2,4-1,4-5,2-9, [ms] 40 (f ile models_v ersion_25_abril_2011.pl4; x-v ar t) v :X0015A Oscilación numérica en señal de tensión Agregar resistencia de amortiguamiento a L L i L k m i R (6) R am (8) (7) 9/33

10 (9) Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización I. Introducción II. Modelado de elementos Discretización rama RL con Ram 10,0 [kv] 6,2 2,4-1,4-5,2-9, [ms] 40 (f ile Models_v ersion_23_mar_2012_model_con_r_am_inclu_interna_vbreak.pl4; x-v ar t) v :X0010A Señal de tensión luego de abolir la oscilación numérica 10/33

11 I. Introducción II. Modelado de elementos Implementación del modelo de la carga y ajustes Scte Icte 11/33

12 I. Introducción II. Modelado de elementos Validación del modelo de la carga ATP Neplan Comparación circuito IEEE Señales de tensión 1200 Señales de corriente [kv] [A] Análisis de incepción de falla con diferentes modelos de la carga ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 [s] 0,25 (f ile f alla10_b175_rf 01.pl4; x-v ar t) v :NF01A v :NF01B v :NF01C Señales de Tensión con incepción de falla teniendo en cuenta la señal (I) en valor intermedio positivo en la fase B ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 [s] 0,25 (f ile f alla10_b175_rf 01.pl4; x-v ar t) c:nf0a -NF01A c:nf0b -NF01B c:nf0c -NF01C Señales de corriente con incepción de falla teniendo en cuenta la señal (I) en valor intermedio positivo en la fase B. Diferencias entre las señales V e I de los modelos de la carga Pre-falla Falla 1φ circuito IEEE 34 12/33

13 I. Introducción II. Modelado de elementos Modelado de la fuente Línea de sub-transmisión Interruptor de desconexión Fusible Poseer una potencia fija Zgen Vs Transformador Regulador de tensión E 0 Alimentadores primarios Medidores Interruptores automáticos Tener una impedancia interna Subestación de distribución Modelo en estado estable 13/33

14 I. Introducción II. Modelado de elementos Modelado de la fuente 16 * Esquema usado para el modelo del circuito antes de la conexión con las líneas y cargas 2 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 [s] 1,0 (f ile f igura4_new.pl4; x-v ar t) t: VRMSA t: VRMSB t: VRMSC Tensión eficaz en terminales de la fuente cuando ocurre una falla 3ϕ. 14/33

15 I. Introducción II. Modelado de elementos Modelado de la línea Nodo - n + Vag n Ia n Ib n ILinea a ILinea b Z aa Z bb Z ab Z ca Ia m Ib m Nodo - m + Vag m Vbg + n Ic n ILinea c Z cc Z bc Ic m + Vbg m + Vcg n + Vcg m 1 [Yabc ] 2 [IC abc ] n [IC abc ] m 2 1 [Yabc ] Modelo de línea trifásica Lumped Modelos de líneas Lines/Cables Distributed LCC (10) - RLC pi equivalente - RL acoplado - Transpuesto (Clark) - No transpuesto (KClee) - Bergeron - Pi -JMarti -Semlyen - Noda 15/33

16 I. Introducción II. Modelado de elementos Modelado de la línea Vanos nivelados Longitud de la línea Vanos desnivelados (13) (14) Esquema para vanos nivelados Esquema para vanos desnivelados (11) (12) 16/33

17 I. Introducción II. Modelado de elementos Propuesta de índice de relación de impedancias a falla con MBM (15) Predecir desempeño de MBM Circuito de prueba IEEE 34 Modelo de carga Carga del sistema de prueba Carga nominal Baja carga Alta carga Híbrido Original IEEE % [10-30]% [ ]% Scte Icte Zcte Índice de relación de impedancia de falla (α) para el sistema de prueba considerando variación de la carga Modelo de carga Error (%) para el sistema de prueba a Carga nominal 100 % Baja carga Alta carga Híbrido -3.8 ; ; ; 0.5 Original IEEE ; 0.0 [10-30]% -2.3 ; 0.0 [ ]% -3.5 ; 0.0 Scte -4.2 ; ; ; 8.0 Icte -4.2 ; ; ; 1.0 Zcte -2.7 ; ; ; 0.0 Error en la localización en el sistema de prueba IEEE de 34 nodos considerando falla monofásica 17/33

18 I. Introducción II. Modelado de elementos III. III. Pruebas y y resultados con MBM y MBC Descripción de localizadores MBM E1 Basado en Novosel MBC Basado en SVM Zona en falla Distancia a la falla (16) 18/33

19 I. Introducción II. Modelado de elementos III. III. Pruebas y y resultados con MBM y MBC Descripción de circuitos de prueba Sistema de prueba IEEE de 34 nodos como es presentado por ATPDraw, con las cargas modeladas con el bloque de la carga implementado Sistema de prueba: Circuito IEEE 34 nodos Nivel de tensión: 24,9 kv. Longitud: 57,75 km - Radial de mayor longitud Sistema de prueba P2 como es presentado por ATPDraw, con las cargas modelada con el bloque de la carga implementado Sistema de prueba: Tomado de datos reales (circuito P2) Nivel de tensión: 34,5 kv. Longitud: 12,39 km - Radial de mayor longitud 19/33

20 I. Introducción II. Modelado de elementos III. III. Pruebas y y resultados con MBM y MBC Descripción de pruebas y análisis Variación de la magnitud de la carga Carga 1 [10-30]% Carga 2 [60-100]% Carga 3 [ ]% Carga 4 [10-145]% Híbrido Original IEEE 34 Scte Icte Zcte IEEE 34 Circuito P2 Variación de la magnitud de la tensión de la fuente Tensión [0,95-1,05] p.u Scte Zcte Variación de la longitud del conductor de la línea Línea 1 [95 98]% Línea 2 [98-102]% Línea 3 [ ]% Línea 4 [95-105]% Scte Zcte Fallas 1φ, 2 φ y 3φ Total de registros de falla simulados: /33

21 I. Introducción II. Modelado de elementos III. III. Pruebas y y resultados con MBM y MBC Descripción de pruebas y análisis Condición nominal Tensión Tensión nominal del circuito Línea Longitud real de las líneas Magnitud de la carga Carga promedio Modelo de la carga Impedancia constante (Z cte ) Indicadores de desempeño de los localizadores (17) MBM (18) MBC 21/33

22 I. Introducción II. Modelado de elementos III. III. Pruebas y y resultados con MBM y MBC Resultados con MBM Condición nominal Variación de modelo y magnitud de la carga 22/33

23 I. Introducción II. Modelado de elementos III. III. Pruebas y y resultados con MBM y MBC Resultados con MBM Variación de magnitud de tensión en la fuente Variación de longitud del conductor de la línea 23/33

24 I. Introducción II. Modelado de elementos III. III. Pruebas y y resultados con MBM y MBC Resultados con MBC Zonificación del circuito 24/33

25 I. Introducción II. Modelado de elementos III. III. Pruebas y y resultados con MBM y MBC Resultados con MBC Variación de modelo y magnitud de la carga 25/33

26 I. Introducción II. Modelado de elementos III. III. Pruebas y y resultados con MBM y MBC Resultados con MBC Variación de magnitud de tensión en la fuente 26/33

27 I. Introducción II. Modelado de elementos III. III. Pruebas y y resultados con MBM y MBC Resultados con MBC Variación de longitud del conductor de la línea 27/33

28 I. Introducción II. Modelado de elementos Conclusiones Modelo de carga Carga del sistema de prueba Híbrido Carga nominal Baja carga Alta carga Original IEEE % [10-30]% [ ]% Scte Icte Zcte Se desarrolló e implementó un nuevo bloque para representar la carga por medio de la herramienta de Models del ATP/EMTP. El modelo programado por medio de la herramienta de Models en ATP, reproduce de forma correcta el comportamiento de la carga ante diferentes tipos de falla. 28/33

29 I. Introducción II. Modelado de elementos Conclusiones S/E V, I a a a b c MBM Parámetros del modelo Modelo de carga Modelo de Línea Modelo de Fuente MBC Finalmente, de acuerdo al análisis de sensibilidad realizado para los métodos de localización de fallas, parámetros de los elementos del circuito de distribución, como el modelo de la carga, la magnitud de la carga y la variación de la longitud de los conductores afectan significativamente a los localizadores de falla analizados (MBM y MBC). 29/33

30 I. Introducción II. Modelado de elementos Trabajos futuros El Realizar modelo estudios de la carga de las desarrollado curvas carga puede del ser sistema usado en para estudios obtener diferentes su modelo a localización de carga y de utilizar fallas, procesos ya que estocásticos, una herramienta como simulación general que de simula Montecarlo la carga u para otro, cualquier para ajustar tipo las de sistema, curvas de de carga acuerdo a una a función los datos o distribución ingresados de en probabilidad, el mismo, además para tener se una encuentra mejor implementado aproximación de como la misma. un bloque en ATP/EMTP. 30/33

31 I. Introducción II. Modelado de elementos Producción bibliográfica Artículo en proceso de revisión: A. Herrera-Orozco, A. Bedoya-Cadena, J. Mora-Floréz. A robust fault locator for power distribution systems considering distributed generation and uncertainties in load. Transaction on power delivery IEEE Artículo en proceso de revisión: A. R. Herrera-Orozco, J. Mora-Floréz, S. Perez-Londoño. An impedance relation index to predict the fault locator performance considering different load models. Journal Electric Power System Research. ELSEVIER Artículo en proceso de publicación: J. Patiño-Duque, A. Herrera-Orozco, J. Mora-Floréz. Simulación y validación del modelo polinomial de la carga utilizando ATP/EMTP. Revista Scientia et Technica. Universidad Tecnológica de Pereira, Agosto Congresos internacionales A. Herrera-Orozco, S. Perez-Londoño, J. Mora-Floréz. Load modeling for fault location in distribution systems with distributed generation presented in Sixth IEEE/PES Transmission and Distribution Latin America Conference. September, 2012 / Montevideo Uruguay. 31/33

32 I. Introducción II. Modelado de elementos Trabajo en proyectos de investigación Propuesta metodológica para el modelado de sistemas de distribución utilizados en localización de fallas paralelas. Programa de jóvenes investigadores e innovadores 2011 Virginia Gutiérrez de Pineda, Colciencias. Desarrollo de estrategias para mejorar la continuidad del servicio de energía eléctrica a partir de la localización de fallas en sistemas de distribución. Proyecto de investigación desarrollado para CODENSA por los grupos de investigación ICE3 (Investigación en Calidad de Energía Eléctrica y Estabilidad) de la Universidad Tecnológica de Pereira (UTP) y GISEL (Grupo de Investigación en Sistemas Eléctricos) de la Universidad Industrial de Santander (UIS). Determinación de fallas paralelas de baja impedancia, como estrategia base para reducir la frecuencia y el tiempo de interrupción del suministro de energía eléctrica a los usuarios de las redes de distribución de EPM. Proyecto de investigación desarrollado para Empresas Publicas de Medellín (EPM) por los grupos de investigación ICE3 (Investigación en Calidad de Energía Eléctrica y Estabilidad) y GPE Grupo de Planeamiento en Sistemas Eléctricos (GPE) de la Universidad Tecnológica de Pereira (UTP). 32/33

33 I. Introducción II. Modelado de elementos Agradecimientos A Dios, mi familia y mi novia por su gran apoyo. Al Ph.D. Juan José Mora Flórez, por su amistad, apoyo y acompañamiento en la dirección de esta tesis y a lo largo de este trabajo. También, a mis compañeros y amigos de la maestría y del grupo de investigación ICE3 por todas las experiencias aprendidas junto a ellos. A los jurados por disponer algo de su tiempo para evaluar esta tesis. A todas las personas que de una u otra forma me colaboraron en el desarrollo de esta tesis. 33/33