Por: Ing César Chilet León

Transcripción

1 Por: Ing César Chlet eón 1

2 El flujo de potenca tambén es conocdo tambén como flujo de carga. El flujo de potenca es una herramenta para el análss de redes. En tareas de planfcacón de redes Determnacón del porcentaje de carga de los equpos Identfcacón de los puntos débles Impacto del ncremento de carga Investgacón de la carga máxma / de la mínma carga y las condcones de generacón. Control de tensón, compensacón de potenca reactva a segurdad del sumnstro (crtero n-1) y la confabldad Para operacón de la red Reduccón de Pérddas Investgacón de las confguracones de red durante el mantenmento Estado ncal para cálculos de establdad arranque de motores

3 Correntes de carga magntud y ángulo Cargabldad de los equpos, sobrecargas Tensones de nodo magntud y ángulo Potencas. Balance de potenca actva y reactva Potenca actva y reactva en generadores Pérddas Ajuste del cambador de tomas en transformadores 3

4 a evaluacón del desempeño de las redes de energía eléctrca en condcones de régmen permanente senodal es de gran mportanca: Para la operacón en tempo real del sstema Para el planeamento de su operacón y expansón. Entre las nformacones que serán determnadas para una condcón defnda de carga y generacón se destacan las sguentes: El porcentaje de plena carga de las T y transformadores. El porcentaje de plena carga de los generadores. a magntud de tensones en barras as pérddas de transmsón. El porcentaje de carga en los equpos de compensacón de reactvos (síncronos y estátcos) 4

5 A partr de los resultados obtendos, es posble defnr propuestas de modfcacón en el sstema de potenca, con el objetvo de consegur una operacón más confable y económca. Entre las modfcacones posbles en la operacón del sstema se destacan: Ajuste del despacho de los generadores. Ajuste de los dspostvos de control de tensón (nyeccones de potenca reactva, poscón de los tap s de los transformadores y ubcar los bancos capactores y reactores). Ajuste del ntercambo con los sstemas vecnos. Cambos en la topología (conectar o desconectar alguna T o transformador). 5

6 Por otro lado, entre las modfcacones posbles en el planeamento de expansón del sstema se destacan: Instalacón de nuevas plantas de generacón; Instalacón de nuevas T y transformadores. Instalacón de dspostvos de control de flujo de potenca (FACTS); Interconexón con otros sstemas. EJEMPO 6

7 Fuente de almentacón 1 kv Cable: NXS 3 x 35 mm² ongtud: 4 km Carga: Impedanca fja 1 kva cos φ 1. a 1 kv Fuente de almentacón 1 1 kv / kv Cable: R C 4 km.5 Ω / km R C Ω X C desprecable C C desprecable Carga: R R 3 P R 1 Ω ( kv ) 3 1 kva 7

8 Cálculo de la corrente: I R C + R kv Ω + 1 Ω A Cálculo de la tensón I R 56.6 A 1 Ω 5.66 V (98 %) Fuente de sumnstro 1 kv Cable: NXS 3 x 35 mm² ongtud: 4 km Carga: Potenca constante 1 kva cos φ 1. 8

9 Fuente de sumnstro Cable: Carga: 1 1 kv / kv R C 4 km.5 Ω / km R C Ω X C desprecable C C desprecable R R 3 P R 1 Ω ( kv ) 3 1 kva Cálculo de la corrente: I R C + R kv Ω + 1 Ω A Cálculo de la tensón I R 56.6 A 1 Ω 5.66 Comprobacón de la potenca de la carga V (98 %) P I A 5.66 V kw Iteracón 9

10 Carga: R R 3 P R Ω ( 5.66 kv ) 3 1 kva Cálculo de la corrente: I R C + R kv Ω Ω A Cálculo de la tensón I R A Ω Comprobacón de la potenca de la carga V P I A V kw Iteracón? 1

11 Carga: R R 3 P R Ω ( kv ) 3 1 kva Cálculo de la corrente: I R C + R kv Ω Ω A Cálculo de la tensón I R A Ω Comprobacón de la potenca de la carga V P I A V kw Iteracón? 11

12 El problema de flujo de potenca (load flow): consste en la obtencón de las condcones de operacón (magntud y ángulo de fase de los fasores tensón de cada nudo, a partr de los cuales pueden ser determnados los flujos de potenca actva y reactva) en régmen permanente de una red de energía eléctrca con topología y nveles de generacón y consumo conocdos. 1

13 a formulacón básca del problema de flujo de potenca en sstemas eléctrcos es asocada a cuatro varables por barra en la red (que representa un nodo del crcuto eléctrco equvalente): V K -Magntud del fasor tensón nodal de la barra k; Θ k - Ángulo de fase del fasor tensón nodal de la barra k; P k -Inyeccón neta (generacón menos carga) de la potenca actva en la barra k. Q k -Inyeccón neta de potenca reactva en la barra k. as ramas de las redes (cuyas barras extremas son ky m) se asocan a las sguentes varables: I km -Fasorde la corrente que sale de la barra ken dreccón de la barra m; P km -Flujo de potenca actva que sale de la barra ken dreccón de la barra m; Q km -Flujo de potenca reactva que sale de la barra ken dreccón de la barra m; 13

14 En el flujo de potenca convenconal, se defnen tres tpos de barras, en funcón a las varables que son conocdas (datos del problema) e ncógntas, conforme se muestra en la tabla: Tpo de barra Notacón Datos Incógntas Barra de carga PQ P k y Q k V k y θ k Tensón controlada PV P k y V k θ k y Q k Referenca Vθ V k y θ k P k y Q k En general, las barras de carga aparecen en mayor número y representan las subestacones de energía eléctrca en las cuales están conectadas las cargas del sstema eléctrco. 14

15 Estas barras representan las nstalacones que poseen los generadores que pueden realzar el control de su tensón en bornes (controlando su exctacón), as barras cuya tensón puede ser controlada por el ajuste del tap de algún transformador. a barra de referenca es la únca e mprescndble en la formulacón del problema en funcón de dos factores: Necesdad matemátca de estpular un ángulo de referenca (generalmente gual a cero). Para efectuar el balance de potenca de la red puesto que las pérddas de transmsón no son conocdas a pror, o sea, no es posble defnr todas las nyeccones de potenca del sstema antes de conocer las pérddas que es funcón de los flujos de potenca en la red. 15

16 p P Pn n q Q Q n n P,Q P n,q n p,q, n Cargas relaconadas a la tensón actual Cargas relaconadas a la tensón nomnal Exponente de tensón para potenca actva y reactva Tensón Actual, Tensón nomnal p q : Carga con potenca constante(s const.) p q 1: Carga con corrente constante(i const.) p q : Carga con mpedanca constante(z const.) 16

17 Power [p.u.] constant power constant current constant mpedance Voltage [p.u.] ~ A G const. Z AB J B Potenca constante S 3 x x J const. S const. ~ A G const. Z AB J B Z Impedanca constante S S 1 % 1 % S Z Z const. 17

18 18

19 a capacdad de potenca reactva (salda) de un generador está lmtada por: ímte de corrente del nducdo ímte de corrente de campo ímte térmco de la parte fnal del núcleo os límtes de corrente del nducdo y del campo son límtes de calentamento mpuestos por el calor resultante de las pérddas de potenca I R, a fn de lmtar la temperatura de los conductores de la armadura y de campo. os límtes de calentamento de la parte fnal del núcleo es a partr del calentamento localzado en la regón fnal de las espras de un generador durante su operacón subexctada. P /S r 1 ~ A B.5 A B -.5 un te rerre gt.5 üb ere rre gt 1 Q /S r 19

20 Modelamentomatemátco como fuente de tensón o potenca. BarraSlack: -Tensón(magntudy ángulo) fjo, Potenca actva y reactva varable Barra P-/P-V: - Tensón(magntud) y Potenca actva fja, Potenca reactva varable (modo de operacón normal del generador) BarraP Q: -Potencaactvay reactvafja, Tensón (magntud y ángulo) varable Objetvo del generador slack(bus swng). Mantener el ángulo de tensón. Balancear la dferenca de potenca entre las cargas y el sumnstro Posconamento de la barra slack 11 kv Slack 38 kv Slack kv 11 kv 11 kv

21 Descrpcón de la topología de red, almentacones y cargas, barras, ramales, es decr, Resolucón del cálculo de flujo de carga 1

22 Almentacón Slack: voltaje fjo δ fjo P, Q varable Se requere de una barra slacken cada red para equlbrar las potencas Node Almentacón P-V: Tensón fja. Potenca actva fja Q, δvarable Infeed ~ oad Almentacón PQ: Potenca fja Potenca reactva fja., δvarable Branch Impedanca de carga: Z fja. Node Carga P-Q: potenca actva y reactva fja Formas de descrbr: P,Q P, Cosϕ S, Cosϕ I, Cosϕ Infeed ~ Branch oad

23 Impedanca Z AB R AB + j X AB o Admtanca AB 1 Z AB R AB 1 + jx AB Node Infeed ~ Branch oad k suma de todas las admtancas conectadasal nudo negatvo de la admtanca entrenudo y nudo k 3

24 matrz grande elementos son números complejos escasa (para redes grandes sólo pocos elementos son cero) Elementos dagonales postvos Elementos no dagonales cero o negatvo Resolver [ ] [ ] [ I ] matrz admtanca [] I [ ] [ ] matrz de tensones de nudo matrz de correntes en nudos (es la suma de todas las correntes en el nudo) problema no lneal para cargas sn mpedancas (típco) 4

25 I I I I I k son conocdos 1 es fjado Cálculo de I por teracón uego cálculo de * 3 I jq P + ( ) ( ) * * * 3 3 u u u q p + dag dag j Potenca en nudos Potenca en nudos, expresados como ecuacón matrcal

26 6 r δ δ δ δ δ + + ( ) ( ) * * * 3 3 u u u q p + dag dag j ε ε < < nom nom Q Q P P

27 Iteracón corrente más teracones necesaras mayor rado de convergenca Newton-Raphson convergenca rápda buenos valores nícales la solucón es cercana malos valores nícales puede dar lugar a la no convergenca. para los malos valores nícales el algortmo puede converger a solucones no-físcas -> programa debe dentfcar y evtar estas solucones f( x) f(x S1) f(x ) f(x 1) f(x 3) x 1 x S 1 x 7

28 f( x) df ( x S ) dx S x 1 x x S 1 x x S 3 S x Iteracón límte Alta precsón (e pequeño) vs. Alto tempo de cálculo Modelo de Carga Se asume potenca constante para cargas PQ-sólo es válda cerca de la tensón nomnal Para BT asumr cargas demasado altas -> colapso de tensón as posbles razones de la no convergenca: carga demasado grande (carga -PQ en lugar de Z carga) problema de potenca reactva -> colapso de tensón íneas argas Barra slack mal posconado. Solucón de estado estaconaro puede no ser alcanzable debdo a problemas de establdad 8

29 Consejos que pueden ayudar a lograr la convergenca. Recordar que cambos en la red debe ser revsado otra vez y la veracdad de los resultados debe comprobarse. Cambar las cargas PQ-a Z de cargas-(conversón a mpedanca de carga ) Cambar generador PV a generador PQ, relaja los límtes de funconamento de los generadores Ajustar los puntos de partda Cambar el método de cálculo (teracón corrente, Newton-Raphson) Desconectar las líneas largas Dvde la red en subredes ndependentes Probar dferentes poscones para el slack Dependendo de la estructura de la red nyectar potenca reactva (capactva o nductva) Incrementar el número de teracones y cambar la precsón requerda. Colocar el ajuste del cambador de tomas a ajuste varable. 9