Análisis estático de sistemas eléctricos

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1 Análisis estático de sistemas eléctricos ESTUDIOS DE FLUJO DE CARGAS CON PSS/E Flujo de cargas con PSS/E 1. Crear un caso 2. Nudos Cargas Generación (Plantas y Generadores) Líneas Transformadores 3. Solución del flujo de cargas Análisis estático de sistemas eléctricos 2 1

2 Crear un caso con PSS/E 1. Iniciar el programa PSS/E con la opción PSST ME (Power Flow). 2. Para crear un nuevo caso, en la pantalla inicial del programa seleccionamos File => New 3. Hay tres opciones: Crear caso de red Crear caso de red y diagrama Crear diagrama 4. Una vez elegida la opción, se introduce el dato de la potencia base: Sbase= 100 MVA (habitualmente) 5. Una vez creado el caso podemos pasar a introducir los datos. Análisis estático de sistemas eléctricos 3 Al abrir PSS/E aparece una pantalla similar a la que se muestra en la figura 2. Análisis estático de sistemas eléctricos 4 2

3 Antes de empezar a introducir los datos del caso: Asegurarse de que las opciones definidas por defecto son las correctas. Para cambiar opciones entrar en el menú Misc => Change program settings (OPTN). Por ejemplo, se puede comprobar que la frecuencia del sistema es 50 Hz en el apartado Base frequency. Análisis estático de sistemas eléctricos 5 Nudos (pestaña Buses) Bus Number Bus Name Base kv: Tensión base de cada nudo. Imprescindible. Los campos de Owner, Zone, Area, indican, en sistemas con muchos nudos, el propietario, zona donde se encuentra, y área. Por defecto, el valor 1. Code: Código que define el tipo de nudo del sistema: 1 : nudo de carga (PQ). 2 : nudo de generación (PV). 3 : nudo balance u oscilante. 4 : nudo desconectado o aislado. Por defecto se considera nudo de carga (Code = 1). Análisis estático de sistemas eléctricos 6 3

4 Nudos G-Shunt (MW) y B-Shunt (Mvar): Conductancia y susceptancia de dispositivos conectados al nudo de forma fija (condensadores y reactancias). Voltaje (pu) y Angle (deg) Los campos (G-Neg (pu), B-Neg (pu), G-Zero (pu), B-Zero (pu)) son datos de las secuencias negativa y cero, que para el flujo de cargas no interesan. Análisis estático de sistemas eléctricos 7 Cargas (pestaña Loads) 1. Bus Number, Bus Name: Indican el nudo al que está conectada la carga. 2. Id: Permite diferenciar entre varias cargas conectadas a un mismo nudo. El valor por defecto es Los campos Area, Zone y Owner no son necesarios en nuestro caso. Aparecerán los valores por defecto. 4. Status: Representa el estado de conexión o desconexión de la carga. Por defecto está marcado, lo que indica que la carga está conectada al nudo. 5. La demanda (carga) puede modelarse atendiendo a tres criterios distintos: Potencia constante: (Pload (MW), Qload (MVAR)) Corriente constante: (IPload (MW), IQload (MVAR)) Admitancia constante: (YPload (MW), YQload (MVAR)) Análisis estático de sistemas eléctricos 8 4

5 Generación (pestañas Machines y Plants) Pestaña Machines: 1. Bus Number, Bus Name: el nudo al que está conectado el generador. 2. Id: código identificativo del grupo 3. Status: estado del grupo generado (on/off)r 4. PGen (MW), QGen (Mvar): Potencia generada. 5. Pmin, Pmax: límites de potencia activa (-9999 y 9999, por defecto) 6. Qmin, Qmax: límites de potencia reactiva. Análisis estático de sistemas eléctricos 9 Generación Pestaña Plants: 1. Bus Number, Bus Name 2. PGen (MW), QGen (Mvar): potencia generada. 3. Qmin, Qmax: Límites de potencia reactiva. 4. Vsched (pu), Remote Bus Number: Consigna de tensión y nudo de regulación. Por defecto se asigna una consigna de 1 p.u. Si la central regula su propia tensión se asigna el valor cero en Remote Bus Number. 5. Voltage (pu): Tensión en el nudo, en valores por unidad. 6. RMPCT: Porcentaje de potencia reactiva necesaria para mantener la tensión de consigna en el bus controlado por el generador. Por defecto se asigna el valor 100. Análisis estático de sistemas eléctricos 10 5

6 Líneas (pestaña Branches) 1. From Bus, To Bus, From Bus Name, To Bus Name: nudos entre los que está conectada la línea. 2. Id: Código identificativo del circuito, ya que una línea puede tener varios circuitos. Por defecto, vale Line R (pu), Line X (pu), Charging (pu): parámetros del modelo π de la línea (resistencia Rij, reactancia Xij y susceptancia total Bch), en valores por unidad. 4. Status: Indica si la línea está conectada o desconectada. 5. Metered: Nudo al que se asignan las pérdidas de la línea. Por defecto es el nudo origen (bus From). 6. Rate A, Rate B, Rate C (MVA): Límites de capacidad de transporte de la línea en varios niveles (A, B o C). 7. Line G From (pu), Line G To (pu), Line B From (pu), Line B To (pu): Servirían para modelar condensadores o reactancias conectados a los extremos de la línea. Análisis estático de sistemas eléctricos 11 Transformadores (pestaña 2-winding Trans y 3-winding Trans) 1. From Bus, To Bus, From Bus Name, To Bus Name: nudos entre los que está conectada la línea. 2. Id: Código identificativo del circuito, ya que una línea puede tener varios circuitos. Por defecto, vale Status: Indica si el trafo está conectado o desconectado. 4. Metered: Nudo al que se asignan las pérdidas de la línea. Por defecto es el nudo origen (bus From). 5. Winding 1 Side: ubicación del devanado primario del transformador (en el bus From o en el To). 6. Winding I/O Code: Indica las unidades de la relación de transformación: en p.u. de la tensión base del devanado, o en kv. Por defecto se asigna p.u. Análisis estático de sistemas eléctricos 12 6

7 Transformadores 7. Impedance I/O Code: Código de selección de la forma en la que se introducen los datos de impedancia del transformador: Resistencia y reactancia en p.u. en la base del sistema. Es la opción por defecto. Resistencia y reactancia en p.u. en la base del transformador (potencia nominal y tensión nominal del transformador). Pérdidas del transformador en vatios, e impedancia en p.u., considerando como potencia base la especificada para el transformador y como tensión base la nominal. 8. Admittance I/O Code: Código de selección de la forma en la que se introducen los datos de la rama de magnetización: Conductancia y susceptancia en valores p.u. referidos a los valores base del sistema. Es la opción asignada por defecto. Pérdidas del ensayo en vacío en vatios y corriente de vacío en p.u., considerando como potencia base la especificada para el tranfo y como tensión base la nominal del devanado primario. Análisis estático de sistemas eléctricos 13 Transformadores 9. R (pu o Watts), X (pu): Resistencia y reactancia del trafo, en las unidades seleccionadas en Impedance I/O Code. 10. Mag. G, Mag. B: Parámetros de la rama de magnetización e las unidades seleccionadas por Admittance I/O Code. 11. Rate A (MVA), Rate B (MVA), Rate C (MVA): Límites de carga del transformador en varios niveles (A, B o C). 12. Winding MVA: Potencia base del transformador. Por defecto se asigna la potencia base del sistema. 13. Wnd 1 Ratio (pu or kv), Wnd 2 Ratio (pu or kv): Ratio del cambiador de tomas en los devanados primario y secundario, en las unidades seleccionadas mediante Winding I/O Code. 14. Wnd 1 Nominal kv, Wnd 2 Nominal kv: Tensión nominal del devanado primario y secundario. Por defecto se asigna el valor 0: los valores de tensión base de los nudos entre los que se conecta. Análisis estático de sistemas eléctricos 14 7

8 Transformadores 15. Wnd 1 angle (degrees): Ángulo de desfase del transformador. Por defecto se asigna 0º. 16. Control Mode: Modo de control del transformador: sin control, es decir, con tomas en posición fija, control de tensión (es el modo de control habitual cuando el transformador tiene cambio de tomas automáticas), control de potencia reactiva, control de potencia activa y control de líneas DC. 17. Controlled Bus: por defecto se asigna 0 excepto en los transformadores que efectúen regulación de tensión. 18. Tap Positions: Número de tomas del cambiador. Por defecto se asigna el valor 33. Análisis estático de sistemas eléctricos 15 Transformadores 17. Rmax (pu or deg), Rmin (pu or deg): Definen los límites superior e inferior de: La relación de transformación, en p.u., de la tensión nominal del devanado primario, o la tensión del primario en kv. El ángulo de desfase del transformador cuando controla el flujo de potencia activa. 18. Vmax (pu, MW, or MVAR), Vmin (pu, MW, or MVAR): Definen los límites superior e inferior de: La tensión de consigna en el nudo controlado, en p.u., cuando el transformador efectúa un control de tensión. El flujo de potencia activa cuando se activa el control de la misma. El flujo de potencia reactiva cuando se activa su control. 1.. Análisis estático de sistemas eléctricos 16 8

9 Solución del flujo de cargas La siguiente ruta permite resolver el flujo de cargas (PF): Power Flow => Solution => Solve (NSOL/FNSL/FDNS/GSLV/MSLV) PSS/E resuelve un PF utilizando distintos algoritmos: Métodos de Newton-Raphson: Newton-Raphson (Full Newton-Raphson - FNSL) Newton-Raphson desacoplado (Decoupled Newton-Raphson - NSOL) Newton-Raphson desacoplado rápido (Fixed slope decoupled Newton-Raphson - FDNS) Métodos de Gauss-Seidel: Gauss-Seidel (SOLV) Gauss-Seidel Modificado (Modified Gauss-Seidel MSLV) Continua Análisis estático de sistemas eléctricos 17 Solución del flujo de cargas En los cuadros de diálogo que aparecen es posible: Ajustar las tomas y el ángulo de fase de los transformadores (Tap adjustment y Adjust phase shift, o Adjust taps), Controlar el intercambio de potencia entre áreas (Area interchange control), Considerar los límites de potencia reactiva de los generadores (VAR limits o Ignore VAR limits), Aplicar un perfil plano de tensiones como estimación inicial (Flat start), Efectuar el ajuste de tomas de corriente continua (Adjust DC taps) o ajustar las baterías de condensadores y bobinas (Adjust switched shunts). Análisis estático de sistemas eléctricos 18 9

10 Solución del flujo de cargas Es posible obtener un resumen del caso antes de resolver el flujo de cargas mediante: Powerflow => List Data => By category = Powerflow => Case summary Una vez resuelto el flujo de cargas, para ver los resultados generamos un informe: Power Flow => Reports => Bus based reports. => Go Este informe muestra los resultados del PF: tensiones de los nudos, ángulos, generación y demanda en cada nudo, flujo de potencia activa y reactiva hacia otros nudos a través de las líneas y/o transformadores (nudo From nudo To). Análisis estático de sistemas eléctricos 19 Solución del flujo de cargas Una vez obtenida la solución del PF, con la opción Limit checking reports, del menú Power Flow => Reports, es posible: Comprobar la existencia de líneas y/o trafos sobrecargados (Branches). Comprobar la presencia de nudos con valores de tensión fuera de un determinado intervalo (Out-of-limit bus voltage). Obtener las condiciones de carga y de tensión en los nudos generadores (Generator bus). Evaluar el nivel de generación de potencia reactiva de los generadores, con respecto a los límites establecidos por la curva de funcionamiento para la potencia activa generada (Reactive capability). Obtener las condiciones de tensión en los nudos cuyo valor de tensión es controlado por generadores, transformadores, baterías de condensadores, etc. (Regulated buses). Análisis estático de sistemas eléctricos 20 10