UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA FACULTAD DE INGENIERIA CIENCIAS Y ADMINISTRACION DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA TEMUCO

IMPLEMENTACION Y APLICACIONES DEL PROGRAMA DE SIMULACION POWERWORLD

TRABAJO DE TITULACIN PARA OPTAR AL TTULO DE INGENIERO DE EJECUCION EN ELECTRICIDAD

PROFESOR GUA: SR. MANUEL VILLARROEL MORENO

LUIS MARCOS ANTICOI DURAN 2005

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INDICE Pg CAPITULO 1 INTRODUCCION

1.1 1.2 1.3 1.4 1.4.1 1.4.2

Antecedentes generales Planteamiento del problema Revisin Bibliografica Objetivos Objetivo general Objetivos especficos

1 3 4 5 5 5

CAPITULO 2 - POWERWORLD SIMULATOR

2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4

Introduccin Descripcin general del programa Tipos de anlisis permitidos Construccin de diagramas unilineales Versin del programa para uso universitario Descripcin de ventanas Ventana General Modo Edicin Modo de Simulacin Uso de las barras de herramientas, barras de herramientas Standard

6 8 9 10 11 12 12 12 23 27

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CAPITULO 3 - DESARROLLO DE APLICACIONES

3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.5.5 3.5.6

Introduccin Clculo de flujos de potencia Resolucin del sistema de 9 barras con PowerWorld Resolucin del sistema de 9 barras con FUGO Clculo de cortocircuitos Resolucin del sistema de 7 barras con PowerWorld Resolucin del sistema de 7 barras con COSEP Algunas observaciones al programa encontradas durante los clculos de flujos de potencia y cortocircuito Otros programas de simulacin de sistemas de potencia CYMFAULT CYMFLOW DIgSILENT PowerFactory ETAP PowerStation Neplan WINFLU

39 39 40 44 49 50 51

57 59 60 61 62 63 64 65

CAPITULO 4 - CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA ANEXO A ANEXO B ANEXO C Clculo de flujos de potencia de un SEP con PowerWorld Simulator Clculo de fallas con PowerWorld Simulator sobre una barra de carga Datos de los sistemas estudiados 69

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RESUMEN Este trabajo presenta el programa computacional POWERWORLD para anlisis de Sistemas Elctricos de Potencia con el fin de implementarlo en el Departamento de Ingeniera Elctrica de la Universidad de la Frontera. En primer lugar se hace una descripcin general del programa, sus aplicaciones, los tipos de anlisis que permite y el desarrollo de un manual de usuario el que ser una importante ayuda al momento de utilizarlo. Como parte fundamental del trabajo se muestran ejemplos de aplicacin de este programa, se identifican potencialidades y limitaciones de la herramienta empleada y se presentan una comparacin de resultados arrojados por el mismo frente a la herramienta de uso general Matlab con los programas FUGO que realiza clculos de flujos de potencia y COSEP que realiza anlisis de fallas, en relacin con dos sistemas de 9 y 7 barras respectivamente. Tambin se presentan algunos de los programas de simulacin "demo" utilizados actualmente, relacionados con la generacin, transporte y distribucin de energa elctrica, teniendo como finalidad invitar a explorar el mundo de los programas comerciales. Se incluyen adems tres anexos, los anexos A y B que contienen unas guas de simulacin de flujos de potencia y corrientes de cortocircuito respectivamente con PowerWorld y el Anexo C donde se entregan los datos de los sistemas de 9 y 7 barras Del trabajo realizado es posible concluir que PowerWorld es un programa computacional de simulacin de sistemas de potencia, que contiene poderosas tcnicas de visualizacin que son utilizadas de manera interactiva, resultando as extremadamente intuitivo y fcil de utilizar en el anlisis de sistemas de potencia, como es el caso de flujos de carga, flujo de potencia ptimo, fallas por cortocircuito, despacho econmico entre otros, lo que permite adaptarse fcilmente a un entorno didctico con smbolos y dibujos claramente reconocibles.

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CAPITULO 1 - INTRODUCCIN

1.1

Antecedentes generales

Los Sistemas Elctricos de Potencia (SEP) presentan una serie de caractersticas que hacen bastante difcil su estudio y anlisis. Ello se debe a que, dado su tamao y complejidad, los modelos necesarios deben considerar una gran cantidad de variables, as como el hecho que ellos resultan en la mayora de los casos no lineales, lo que complica su resolucin. En los sistemas elctricos de potencia, que contienen decenas de miles de nudos elctricos (barras), un objetivo consiste en presentar los resultados de forma que el usuario pueda evaluar el estado del sistema de una forma intuitiva y rpida, a travs de la adecuada visualizacin de la informacin. Esto es particularmente cierto al intentar analizar las relaciones entre los flujos de potencia reales de la red, la potencia programada y la capacidad de transmisin del sistema. En una industria elctrica en reestructuracin con tendencia hacia una sola entidad, con un operador independiente del sistema o pool, esta necesidad se ha vuelto ms perentoria. El transporte y distribucin de energa elctrica fue un monopolio natural. La estructura monoplica regulada de la industria elctrica signific que los consumidores tenan que comprar obligatoriamente la energa elctrica a su empresa suministradora local. La compaas elctricas formaron entonces monopolios integrados verticalmente para servir a los mercados; esto es, se encargaban de todo en un determinado mercado geogrfico desde la produccin, funcionamiento de la generacin y control de la red de transporte hasta el suministro de los conductores que conectaban al cliente. As pues, haba poca competitividad dentro de la industria y poca necesidad de establecer nuevas tcnicas de visualizacin. Pero esto ha cambiado. En la actualidad, la industria elctrica prcticamente en todo el mundo, est en un periodo de reestructuracin radical y rpido, cuyo objetivo final persigue la disminucin de los precios mediante el desarrollo de mercados competitivos. La estructura regulada del monopolio est siendo reemplazada por acceso abierto al sistema de transporte.

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Las consecuencias econmicas extremas de sobrecarga en la red de transporte han servido de aviso a las empresas de energa elctrica para entender la necesidad que existe en la actualidad de utilizar mtodos de visualizacin para observar el comportamiento de los SEP tanto en condiciones normales como anormales, que permitan la simulacin del sistema real. En la mayor parte de los casos, las herramientas de visualizacin de los sistemas de potencia no han evolucionado ms all del diagrama unilineal. El diagrama unilineal es una representacin geogrfica aproximada de las lneas de transporte, de los generadores y de los puntos de consumo. Se dispone de la distribucin geogrfica exacta de las reas con una concentracin alta de lneas elctricas (por ejemplo, de las reas urbanas). En un centro de mando de una compaa se dispone de datos del sistema tales como los flujos de potencia y las tensiones que son representadas normalmente en un esquema unilineal que contiene todas las subestaciones del sistema. Normalmente se muestran otros valores mediante tablas numricas. Una visin general del sistema se obtiene directamente mediante un mapa esttico en el que se representan datos dinmicos mediante diferentes luces de colores. Es necesario que esto cambie. La reestructuracin est dando lugar a mercados de tamao ms grande que debern negociar con sus compaas vecinas la compra y la venta de energa en un mercado transcontinental. Reestructurar implica la creacin de mercados mayores bajo el control de un solo operador del sistema. Esto conllevar ms barras y otros dispositivos que supervisar y controlar. Simultneamente, la entrada de muchos nuevos operadores en el mercado y el incremento de las transferencias de potencia darn lugar a un incremento en la gestin de datos. Sern los operadores elctricos de la red quienes podrn decidir sobre las transacciones elctricas particulares lo que tendr sin duda un impacto econmico tremendo sobre el mercado. El anlisis del sistema elctrico de potencia necesitar ser modificado para hacer frente a estos nuevos desafos. Tal modificacin residir en la forma en que la informacin del sistema se presenta al usuario. En este trabajo se presentan una de las tantas tcnicas para la visualizacin de informacin, que incluye la animacin de los valores de los flujos de potencia, la sealizacin de las barras y de los flujos de potencia. Hoy en da existe una gran variedad de programas de simulacin cada vez ms modernos, que apuntan esencialmente a la rapidez, eficiencia y manejo ms amistoso para el

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usuario. Estos programas permiten simular el funcionamiento de cualquier sistema independiente de su complejidad, haciendo que el usuario se adapte fcilmente a un entorno ms didctico con smbolos y dibujos claramente reconocibles. De esta forma la mayor parte de su tiempo est destinada al estudio y anlisis del funcionamiento del sistema elctrico de potencia en lugar de gastar una cantidad excesiva de tiempo en saber cmo utilizar el programa. Este trabajo presenta un programa computacional llamado POWERWORLD, un programa de simulacin de uso fcil e interactivo, que permite simular en forma rpida y eficiente un sistema elctrico de potencia, diseado para el anlisis serio de la ingeniera, pero tambin es tan interactivo y grfico que puede usarse para explicar distintas formas de funcionamiento de un sistema elctrico de potencia a personas sin tanto conocimiento. 1.2 Planteamiento del problema Un grupo de herramientas que ha aparecido cada vez con mayor frecuencia aplicada al anlisis de SEP, corresponde a la simulacin computacional. Existen diversas motivaciones tras estos desarrollos. Los sistemas elctricos reales son cada vez ms complejos y por lo mismo, ms difciles de tratar en un contexto prctico. A su vez, esta complejidad significa que no es factible experimentar con ellos en terreno, por los costos y peligros que esto encierra. Por otra parte, el nmero de fenmenos a analizar es extenso, partiendo con el estudio de condiciones de operacin en estado estacionario, a travs de flujos de potencia, pasando por la estabilidad transitoria y permanente, control de potencia reactiva, conexiones en corriente continua, diseo de las redes de transmisin, etc. La orientacin de las aplicaciones est dada en dos frentes principales; como sistemas educativos, con muestras de fenmenos especficos, y con enfoque tcnico de elevada complejidad, desde el punto de vista sistmico, abarcando elementos y fenmenos que se encuentran en redes reales de gran magnitud. Por lo anterior, las simulaciones computacionales han tenido y tienen un importante auge en su desarrollo.

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Uno de los programas computacionales de simulacin de SEP es POWERWORLD que est enfocado para ilustrar algunos de los aspectos bsicos del funcionamiento de un sistema interconectado, permitiendo al usuario modelar, simular e interactuar con los sistemas elctricos de potencia de una forma ms didctica y entretenida. Tiene adems la ventaja respecto a otros programas, que est disponible en Internet por lo que el acceso para alumnos y profesionales es mucho ms expedito. Segn lo expuesto, es altamente conveniente poner esta herramienta a disposicin de alumnos y acadmicos del Departamento de Ingeniera Elctrica, realizando diversas aplicaciones, que es el objetivo de este trabajo. 1.3 Revisin Bibliogrfica En general, en cuanto a la implementacin de programas computacionales en el Departamento de Ingeniera Elctrica de la Universidad de La Frontera se encuentran algunos programas computacionales desarrollados como trabajo de Ttulo por alumnos de la Carrera de Ingeniera de Ejecucin en Electricidad. Ellos han tratado de estar en su momento a la vanguardia en la forma y el manejo de stos. [5] [6] [7] La informacin vital para el desarrollo de este trabajo se obtendr de [1], pgina de Internet donde se encuentra el programa. Para lograr una estructura adecuada de la presentacin se utiliz el formato empleado en [8], en el cual se aprecia de forma clara y precisa los pasos que se deben seguir para obtener un desarrollo que abarque el tema de manera adecuada. Como una forma de comparar los resultados obtenidos por el simulador POWERWORLD se consideraron los obtenidos en [5], y [7] relacionados con estudios de clculos de flujos de potencia y clculos de cortocircuito utilizando los programas FUGO, y COSEP respectivamente. En [2], [3] y [4] se encuentra la informacin terica correspondiente a los temas a tratar y diferentes inquietudes a problemas que se presenten en el transcurso del tema, siendo [4] el material base para el desarrollo de esta memoria.

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1.4

Objetivos

1.4.1

Objetivo General

Implementar el programa computacional POWERWORLD en el Laboratorio del Departamento de Ingeniera Elctrica de la Universidad de la Frontera y realizar algunas aplicaciones en Sistemas Elctricos especficos.

1.4.2

Objetivos Especficos

Realizar una descripcin general del programa. Generar un Manual de utilizacin que permita emplearlo con facilidad. Instalar el programa de Simulacin POWERWORLD. Realizar diversas aplicaciones. Comparar los resultados con los obtenidos a travs de los programas que actualmente se usan en el Departamento de Ingeniera Elctrica. Dar a conocer algunos de los programas que se ofrecen en el mercado.

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CAPITULO 2 - POWERWORLD SIMULATOR 2.1 Introduccin A medida que el tamao de las compaas elctricas ha aumentado y se ha incrementado el nmero de interconexiones, la planeacin de la expansin futura se vuelve cada vez ms compleja. El costo creciente de las adiciones y modificaciones ha hecho imperativo que las compaas consideren una gama de posibilidades de diseo y realicen estudios detallados de los efectos sobre el sistema de cada alternativa, con base en varias suposiciones: condiciones normales y anormales de operacin, cargas punta y fuera de punta y aos presente y futuros de operacin. Tambin deben reunirse y manejarse con exactitud un gran nmero de datos de las redes. Para ayudar al ingeniero en esta planeacin de los sistemas de potencia, se usan computadoras digitales y programas para computadora fuertemente desarrollados. Esos programas incluyen los de flujos de potencia, estabilidad, cortocircuitos y regmenes transitorios, entre otros. Con los programas de flujos de potencia se calculan las magnitudes de las tensiones, los ngulos de fase y los flujos de potencia en las lneas de transmisin de una red, para condiciones de operacin de estado estacionario. Tambin se calculan otros resultados, incluyendo posiciones de ajuste en las derivaciones de transformadores y entregas de potencia reactiva de generadores. Las computadoras actuales tienen capacidad de almacenamiento y velocidad para calcular en menos de 10 segundos las soluciones de flujos de potencia para redes con 30.000 barras y 50.000 lneas de transmisin. Adems, impresoras de alta velocidad imprimen la solucin completa en forma de tabla para que el ingeniero de planeacin realice su anlisis. Tambin se dispone de programas interactivos para flujos de potencia, mediante los cuales los resultados de flujos se despliegan sobre las pantallas de las computadoras en forma de diagramas unilineales; el ingeniero usa estos diagramas para modificar la red, con un Mouse o desde un teclado y puede visualizar con facilidad los resultados. Las capacidades de gran almacenamiento y alta velocidad de la computadora permiten al ingeniero ejecutar muchos casos diferentes necesarios para analizar y disear las alternativas de expansin de la transmisin y de la generacin.

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Los programas de estabilidad se usan para estudiar los sistemas de potencia bajo condiciones de perturbacin, con el fin de determinar si los generadores y motores sncronos permanecen en sincronismo. Las perturbaciones en el sistema pueden ser causadas por la prdida repentina de un generador o de una lnea de transmisin, por aumentos o disminuciones sbitas en la carga y por cortocircuitos y operaciones de conexin/desconexin de elementos. En el programa de estabilidad se combinan las ecuaciones de flujos de potencia con las ecuaciones de dinmica de mquinas para calcular las oscilaciones angulares de estas ltimas durante las perturbaciones. Con el programa tambin se calculan los tiempos crticos de liberacin de fallas en la red permitiendo al ingeniero investigar los efectos de cambios de diversos parmetros de las mquinas, de modificaciones en la red, de los tipos de perturbacin y de los esquemas de control. Los programas de cortocircuito se usan para calcular fallas trifsicas y de lnea a tierra en las redes de los sistemas de potencia con el fin de seleccionar interruptores para la liberacin de fallas, seleccionar rels que detecten las fallas y controlen los interruptores y determinar los ajustes de los primeros. Se calculan las corrientes de cortocircuito para cada ubicacin de los rels y de los interruptores y para diversas condiciones de operacin del sistema, como lneas o unidades generadoras fuera de servicio, a fin de determinar corrientes mnimas y mximas de falla. Con los programas de regmenes transitorios se calculan las magnitudes y formas de las sobretensiones y corrientes que se producen por las descargas atmosfricas y operaciones de conexin/desconexin de lneas. El ingeniero de planeacin utiliza los resultados de un programa de regmenes transitorios para determinar las necesidades de aislamiento para las lneas, los transformadores y otros equipos y para seleccionar los pararrayos que protegen al equipo contra sobretensiones transitorias. Otros software de computadoras para la planeacin de los sistemas de potencia

incluyen programas para coordinacin de los rels y programas de circuitos de distribucin. Los programas de computadora para la planeacin de la expansin de la generacin incluyen aquellos para el anlisis de confiabilidad y la probabilidad de prdida de carga, para clculo de costos de produccin y de inversin.

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2.1.1

Descripcin general del programa

El programa de simulacin por computador de sistemas elctricos de potencia PowerWorld permite realizar anlisis de flujos de carga, flujo de potencia ptimo, fallos por cortocircuito, estabilidad, despacho econmico, entre otros. Trabaja en un ambiente grfico e interactivo con el usuario y est orientado al personal tcnico, de ingeniera y para fines educativos en el anlisis de sistemas de potencia. La herramienta est centrada principalmente en la simulacin de sistemas de potencia interconectados, ya que permite trabajar los modelos por reas y zonas, permitiendo realizar las tareas comunes a los programas para simulacin de sistemas de potencia bsicos (flujos de carga y fallas por cortocircuito) y adems tareas comunes a los programas de simulacin intermedios (estabilidad, despacho econmico, flujo ptimo, anlisis de contingencia). PowerWorld Simulator es un paquete de simulacin de sistemas de potencia que posee una interfaz grfica e interactiva con el usuario. Para su ejecucin se requiere de cualquiera de las siguientes plataformas operativas: Windows 95, 98, 2000, NT y XP siendo esta ltima la ms recomendada cuando se simulan sistemas de gran tamao. Las principales caractersticas del programa son: Simulacin en el tiempo: La solucin de los flujos de potencia se realiza continuamente a medida que transcurre un perodo de tiempo determinado. Lo anterior permite que al realizar cambios en la generacin, carga o intercambio en MW de un sistema de potencia, los resultados sean visualizados inmediatamente sobre el diagrama unilineal. Objetos y registros: cada elemento del sistema tiene asociado un registro de datos y un objeto que lo representa en el diagrama unilineal. El programa distingue claramente entre ambos, de manera que es posible borrar el objeto representativo de una lnea u otro elemento sin borrar el registro de datos del mismo. Es de notarse que si el registro existe, el elemento se seguir teniendo en cuenta en la simulacin de flujos de carga.

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Grficos y variacin de carga: la generacin y la carga pueden visualizarse por medio de grficos que son realizados a medida que se efecta una simulacin en el tiempo; as mismo pueden definirse curvas de variacin de carga para un rea o zona especfica. PowerWorld Simulator trabaja fundamentalmente con dos tipos de archivos: el archivo

*.PWB (Power World Binary) que almacena los datos del caso de simulacin y el archivo *.PWD (Power World Display) que almacena el diagrama unilineal con los objetos representativos de los elementos. Adicionalmente se pueden abrir y grabar archivos que posean informacin de un sistema de potencia en otros formatos, como son: PTI Raw Data Format, GE PSLF Format e IEEE Common Format. Todos los parmetros, funciones y herramientas del modelo son fcilmente accesibles mediante la Interfaz Grfica de Usuario (IGU) del Simulador, lo cual le ofrece un fcil manejo y, de esta forma, una modesta curva de aprendizaje. La IGU del Simulador, que ha sido durante mucho tiempo la caracterstica ms relevante del programa (debido a que es la ms obvia ventaja sobre otros programas de simulacin), es de una gran ayuda tanto en la utilizacin del programa como en la interpretacin de sus resultados. Usando los diagramas unilineales y la informacin en los dilogos, es posible construir y modificar un modelo grficamente y verificar de manera conveniente que los cambios que se han hecho son, efectivamente correctos. En el Modo de Edicin, el programa permite construir nuevos casos ya sea desde el principio o desde un caso de flujo de potencia existente. 2.1.2 Tipos de anlisis permitidos La fortaleza de PowerWorld Simulator se encuentra en su capacidad de solucionar flujos de carga (en su versin completa puede resolver sistemas de hasta 100.000 barras) utilizando diagramas unilineales animados. Adems de proporcionar una solucin para flujos de potencia, el programa puede simular la evolucin del sistema de potencia sobre un intervalo de tiempo determinado por el usuario, que puede ir desde unas cuantas horas hasta una semana; durante el tiempo de simulacin el programa ejecuta la solucin de los flujos y muestra la

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animacin de los mismos. Los mtodos de solucin de los flujos de carga disponibles en el programa son: los mtodos de Newton Raphson, Gauss Seidel y el OPF (Flujo de potencia ptimo). Otras opciones importantes que presenta el programa son la capacidad de simular variaciones en la carga durante la simulacin, ya que permite introducir curvas de carga diaria, semanal y de fin de semana. Adems integra el despacho econmico y permite que los generadores trabajen con curvas de costo definidas por el usuario, calcula el PTDF (Factor de Distribucin de Transferencia de Potencia) til para realizar anlisis de intercambio de potencia entre determinadas reas, calcula cortocircuitos y permite realizar anlisis de contingencia. Tiene la opcin de crear archivos Script que sirven para automatizar las acciones durante la simulacin de un caso; por medio de estos archivos se pueden programar eventos para todos los tipos de elementos, eventos de simulacin, eventos del diagrama unilineal, entre otros. Tambin permite crear archivos de proyecto, los cuales renen todos los archivos relacionados con el caso de simulacin para llevarlos en un slo archivo a cualquier lugar. Incluye controles automticos para elementos como generadores, transformadores y elementos de compensacin en paralelo con las barras de un sistema. Para generadores, dispone de opciones tales como el AGC (Automatic Generation Control) control automtico de generacin, el AVR (Automatic Voltage Regulation) regulacin de voltaje automtica, tanto para generadores como para transformadores con cambio de derivacin. Presenta dos herramientas muy importantes que son el anlisis ATC (Available Transfer Capability), anlisis de capacidad de transferencia disponible, para determinar la potencia mxima que se puede transferir entre dos partes de un sistema de potencia y el VAST (Voltage Adequacy and Stability Tools) para realizar estudios de estabilidad del sistema y generar curvas PV y curvas QV para cualquier barra del sistema. 2.1.3 Construccin de diagramas unilineales La construccin de diagramas unilineales es un proceso sencillo dadas las caractersticas grficas del programa y su organizacin general en diferentes modos de trabajo, ya que presenta un modo de trabajo para edicin de diagramas y otro para la simulacin de casos. Una caracterstica particular del programa es que algunas veces lo que se visualiza en el diagrama no es necesariamente lo que existe en el modelo. Su forma de trabajo distingue entre objetos y

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elementos del modelo; lo que se visualiza en el diagrama son los objetos del modelo que estn relacionados con un elemento de este; es decir, con un registro de datos, pero no necesariamente un elemento debe tener asociado un objeto; se puede tener entonces una barra en un extremo del diagrama y un generador en el otro extremo y estar conectados aunque no se vea fsicamente as. Por otra parte, los diagramas unilineales animados e interactivos permiten visualizar los SEP usando tcnicas innovadoras. Finalmente el programa muestra los flujos de potencia en el sistema como flujos en movimiento. Flechas en color en las lneas de transmisin, cargas, y generadores estn animadas, con su movimiento, tamao y direccin proporcionales a la magnitud y la direccin del flujo de potencia. Las opciones permiten modificar estos parmetros para su mejor conveniencia. 2.1.4 Versin de PowerWorld Simulator para uso universitario No se debe olvidar que el ncleo central de PowerWorld Simulator es la solucin de flujos de potencia, incluyendo informacin econmica de costos de generacin junto con informacin de operaciones de intercambio de potencia. De hecho, las versiones anteriores de este programa no incluan la posibilidad de realizar estudios de fallas, como lo permite la versin actual y centraban su capacidad en los estudios de flujo de potencia. Se ha escogido este programa en su versin Demo que es para uso educativo nicamente y de distribucin gratuita en la WEB, porque con ella se pueden realizar todos los estudios disponibles con la versin original pero en sistemas de hasta 12 barras. Esto resulta suficiente para fines de aprendizaje y de comprensin en la simulacin de sistemas de potencia para el caso de estudios de flujos de Potencias, fallas por cortocircuito y dems estudios afines. Incluso permite visualizar el intercambio de potencia entre dos reas de un sistema interconectado. La versin del programa utilizada para la realizacin de este trabajo es PowerWorld Simulator 11.0 versin para uso educativo. Esta versin puede ser obtenida en la direccin URL de PowerWorld Corporation (http://www.powerworld.com) y es soportada por los sistemas Windows 95/98/2000/Me/XP y NT 3.5 o superior.

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Aunque se desconocen los requerimientos de hardware ideales para la operacin eficiente del programa, este se ha probado satisfactoriamente con fines educativos con sistemas de hasta 9 barras (Anexo C) en equipos con las siguientes especificaciones: Procesador AMD 100 MHz. 32 MB de memoria RAM. Disco duro de 2.1 GB. Monitor SVGA, Tarjeta de video (800 x 600). Es de hacer notar que aunque el disco duro del computador es el indicado, el tamao de los archivos generados es de 5 kB en promedio, hacindolos fcilmente transportables. Para usar el simulador Powerworld, en primer lugar se debe instalar el simulador PW en el computador, siguiendo las instrucciones que se dan en los archivos electrnicos asociados. El resto de este captulo proporciona los detalles necesarios para familiarizarse con el simulador PW y ejecutarlo. 2.2 2.2.1 Descripcin de Ventanas Ventana General Para ingresar a esta ventana se debe acceder a la barra de inicio, luego elegir programas y finalmente el Icono de Powerworld o bien pinchar sobre el Icono que se encuentra en el escritorio. Luego de realizar esta operacin se obtiene la ventana que se muestra en la Figura 2.l. Al iniciar el programa, se encontrarn deshabilitadas la mayora de las Opciones de la Barra de Men, a excepcin de File, Windows y Help. 2.2.2 Modo Edicin (Edit Mode) Para crear un nuevo proyecto, en File se debe elegir New Case y aparece la hoja de trabajo para el Proyecto tal como se muestra en la Figura 2.2. En esta ventana se encuentra una

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barra de herramientas, la que tiene los siguientes mens: File, Edit, Insert, Format, Case Information, Options, Tools, Windows y Help, los cuales sern detallados a continuacin.

Figura 2.1 Ventana general programa Powerworld.

Figura 2.2 Ventana para crear un nuevo caso.

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File: Contiene las opciones indicadas en la Figura 2.3.

Figura 2.3 Men File. New Case: Crear un nuevo archivo de trabajo. Open Case: Abrir un archivo de trabajo existente. Save Case: Guardar el archivo existente. Save Case as: Guardar el archivo existente en una direccin especfica y con un nuevo nombre. Validate Case: Validar el archivo existente. Switch To Run Mode: Cambiar a modo de simulacin. New Oneline: Crear un nuevo diagrama unilineal. Open Oneline: Abrir un diagrama unilineal existente.

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Save Oneline: Guardar diagrama unilineal existente. Save Oneline as: Guardar diagrama unilineal en una direccin especfica con un nombre dado. Export Oneline: Exportar diagrama unilineal existente. Close Oneline: Cerrar el diagrama unilineal actual. Load Auxiliary File: Cargar archivo auxiliar. Open Project: Abrir un Proyecto existente. Save as Project: Guardar proyecto existente en una direccin especfica y con un nombre dado. Publish to web: Publicar en pgina de Internet. Save YBus or Jacobian: guardar datos de la matriz de admitancias de barra o de la jacobiana. Print Oneline: Imprimir diagrama unilineal actual. Printer Setup: Opciones de impresin. Exit Program: Salir del programa Powerworld. Edit: Este Men tiene las siguientes opciones que se muestran en la Figura 2.4.

Figura 2.4 Men Edit. Cut : Borrar elementos seleccionados del diagrama unilineal, los enva al portapapeles. Copy: Copiar elementos seleccionados del diagrama unilineal al portapapeles. Paste: Pegar los elementos seleccionados del portapapeles en el diagrama unilineal. Delete: Borrar los elementos seleccionados en el diagrama unilineal.

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Select by Criteria: Permite seleccionar los elementos desde una ventana en la que se muestran todos los elementos de diagrama unilineal. Select Region: Permite seleccionar un sector del diagrama unilineal. Insert: Este men tiene las opciones de la figura 2.5.

Figura 2.5 Men Insert.

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Show Insert Palette for: submen que muestra los objetos insertados (reas, Barras, Subestaciones, Zonas). Auto Insert: Auto insertar. Bus: Insertar barra. Generator: Insertar Generador. Load: Insertar carga. Switched Shunt: Insertar condensador Shunt. Transmision Line: Insertar lnea de transmisin. Transformer: Insertar transformador. Series Capacitor: Insertar condensadores serie. DC Line Transmision: Insertar lnea de transmisin DC. MS Transmision Line: Insertar lnea de transmisin MS. Circuit Breaker: Insertar interruptor al circuito. Line Flow Pie Chart: Insertar indicador de sobrecarga de la lnea. Line Flow Arrow: Insertar flecha indicadora de flujo de potencia. Substation: Insertar subestacin. Area/Zone/Super Area: Insertar rea, Zona o Sper rea. Owner: Inserta operadores del sistema Injection Group: Insertar grupo de inyeccin. Interface: Insertar interface entre circuitos. Interface Pie Chart: Insertar indicador de sobrecarga en interface. Field: Insertar campo. Gauges: Insertar medidas. Background Graphic: Insertar objetos tras el diagrama unilineal. Insert GIS Data From Shape File: Permite importar datos desde un archivo Text: Insertar texto al diagrama unilineal. Memo Text: Insertar cuadro de slo escritura en el diagrama. Oneline Link: Insertar enlace a un circuito unilineal existente en memoria. Document Link: Insertar enlace a un documento.

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Format: Este men tiene las opciones de la Figura 2.6. Font: Tipos de letras a usar para la informacin del elemento y resultados del estudio. Line/Fill: Personaliza el tamao y el color de la lnea del objeto seleccionado Levels/Layers: Indica el nivel del objeto seleccionado Display/Size: Personaliza las dimensiones del objeto seleccionado. Send to Back: Enviar atrs el elemento Bring to Front: Traer al frente el elemento. Dinamic Formatting: Formato dinmico

Figura 2.6 Men Format. Case information : Este men tiene las siguientes opciones. (Figura 2.7) Case Description: Descripcin del caso. Case Sumary: Resumen del caso. Area/Zone/Owner Filters: Filtro para obtener informacin de reas, Zonas y Operadores. Custom Case Info: Muestra informacin personalizada del caso. Areas: Muestra informacin de las distintas reas existentes. Buses: Muestra informacin de todas las barras. DC Lines: Muestra informacin de lneas DC. Generators: Muestra informacin de los generadores. Generator/Load Cost Models: Muestra informacin de los modelos de costos para los generadores y las cargas.

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Injection Groups: Muestra informacin de los grupos de inyeccin. Interfaces: Muestra informacin de las interfaces. Limit Monitoring Settings: Ajustes de lmite de monitoreo Lines And Transformers: Muestra informacin de lneas y transformadores. Loads: Muestra informacin de las cargas. Mismatches: Muestra informacin de desbalance de potencia en una barra. MW Transactions (Base): Muestra informacin de las transacciones de potencia activa. Outages: Muestra informacin de todas las interrupciones del circuito. Ownership: Muestra informacin de los operadores. Substations: Muestra informacin de las subestaciones. Super Areas: Muestra informacin de las Sper reas. Switched Shunts: Muestra informacin de los condensadores shunt. Transformer Controls: Muestra el estado de los transformadores de control. YBus: Muestra informacin de la matriz de admitancias de barras. Zones: Muestra informacin de las zonas. Other: Despliega un men que contiene informacin de transaccin de potencia, variacin de carga, matriz jacobiana, etc. Options: Este men tiene las opciones indicadas en la Figura 2.8. Solution/Environment: Muestra opciones de Soluciones y ambientes de simulacin. Oneline Display: Muestra opciones para el diagrama unilineal. Default Drawing Values: Volver los dibujos a su valor predeterminado. Dinamic Formatting: Formato dinmico Screen Layers: Capas de pantalla. List Display Objects: Muestra una lista de los objetos existentes en el diagrama unilineal y permite corregir dimensiones de las fuentes. Browse Open Onelines: Este dilogo muestra los objetos del diagrama unilineal con la finalidad de revisar los objetos existentes. Refresh Anchors: Realiza la funcin de actualizar el diagrama unilineal. Renumber Buses: Realiza la funcin de renumerar las barras del circuito.

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Figura 2.7 Men Case Information.

Figura 2.8 Men Options

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Tools: Este men tiene las siguientes opciones ( ver Figura 2.9) Bus View: Muestra informacin visual de la barra Substation View: Muestra informacin visual de subestacin Power Flow List: Muestra detalladamente toda la informacin sobre los flujos de potencias del sistema en un formulario de texto tradicional. Quick Power Flow List: Muestra informacin rpida de flujos de potencia por barra. Create Equivalent: Permite crear sistemas equivalentes. Scale Case: Entrega los valores detallados por barras, reas, zonas, etc. Set Generator Part. Factors: Realiza la funcin de fijar los generadores segn su factor de participacin. Set Selected Field: Muestra opciones para los campos seleccionados. Network topology: Topologa de la red Append Case: Aadir un caso. Tap Transmission Line: Permite auto insertar una barra en una lnea de transmisin. Move Bus Equipment: Permite mover los equipos desde una barra a otra. Split Bus: Permite reemplazar las barras Merge Buses: Permite tomar los datos de una barra para incorporarlos en una nueva List of Unised Bus Numbers: Muestra una lista de las barras que no se utilizan. GIS Tools: Herramientas de Sistema de Informacin Geogrfica. Windows: Este men tiene las opciones que se muestran en la Figura 2.10. Keyboards Shortcuts: permite tener accesos directos en el teclado. Tile: colocar las ventanas en los azulejos no solapados Cascade: Colocar las ventanas en una forma solapada Refresh Displays: realiza la funcin de actualizar las ventanas. Toolbars: Permite visualizar o esconder las barras de herramientas estndar. Swith to Free-Floating Windows: Cambia el modo de la ventana Toggle Full Screen: Permite ver el diagrama unilineal en pantalla completa 1, 2, 3 : Activar la ventana especificada.

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Figura 2.9 Men Tools.

Figura 2.10 Men Windows.

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Help: Este men tiene las siguientes opciones (ver Figura 2.11)

Figura 2.11 Men Help. Contents: Contenido de ayuda para la utilizacin del simulador Auxiliary File Format: Muestra una ayuda en un archivo auxiliar. About: Visualiza el nmero de la versin de Powerworld Powerworld Web Site: Sitio web del simulador Powerworld Export Objects Fields: Exporta todos los objetos del campo a un archivo de texto o una hoja Excel Set Help File: Selecciona un archivo de ayuda 2.2.3 Modo de simulacin (Run Mode) Al poner el simulador en modo Run se activan los siguientes mens. Simulation: Este men tiene las opciones de la Figura 2.12. Solve and Animate: Resuelve e inicia la simulacin animada. Stop Solution/animation: Detener la simulacin. Restore: permite que el sistema vuelva al estado inicial. Single Solution Full Newton: Resolucin nica mediante el mtodo Newton completo. Single Solution Fast Decoupled: Resolucin nica mediante mediante el mtodo Desacoplado Rpido. Polar NR Power flow: Resolver el problema de flujos de potencia mediante el mtodo Newton Raphson en forma polar.

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Gauss-Seidel Power Flow: Resolver el flujo de potencia mediante el mtodo Gauss-Seidel. DC Power Flow: Realizar flujo de potencia DC. Reset to Flat Start: Permite escoger diferentes situaciones a considerar. Robust Solution Process: Proceso de solucin robusto. Primal LP: Utilizar programacin lineal primal. Clear Scritp File: Limpiar archivo de escritura. Open Scritp File: Abrir archivo de escritura.

Figura 2.12 Men Simulation. Options: Este men tiene las opciones indicadas en la Figura 2.13. Solution/Environment: Muestra opciones de Soluciones y ambientes de simulacin. Oneline Display: Muestra opciones para el diagrama unilineal. Default Drawing Values: Volver los dibujos a su valor predeterminado. Dinamic Formatting: Formato dinmico Screen Layers: Capas de la pantalla. Browse Open Onelines: Este dilogo muestra los objetos del diagrama unilineal con la finalidad de revisar los objetos existentes.

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Contouring: Crea y anima el contorno del mapa cambiando los colores de las animaciones. 3D View: Permite ver el diagrama unilineal en 3 dimensiones. Difference Flows: Diferencia de Flujos, que se utiliza para hacer nfasis en el impacto de los cambios del sistema. Present case topological differences from the base case: Muestra los cambios que se han hecho al proyecto. Charts: Muestra grficos de carga, generacin, transaccin de energa, etc.

Figura 2.13 Men Options en modo Run. Tools: Este men tiene las siguientes opciones (Figura 2.14). Bus View: Muestra informacin visual de la barra Substation View: Muestra informacin visual de subestacin Power Flow List: Muestra detalladamente toda la informacin sobre los flujos de potencias del sistema en un formulario de texto tradicional. Quick Power Flow List: Muestra informacin rpida de flujos de potencia por barra. Contingency Analysis: Realiza anlisis de contingencias. Available Transfer Capability (ATC): Permite la determinacin de la mxima transferencia posible de potencia activa entre dos grupos de generadores o cargas sin violar ningn lmite de seguridad disponible.

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Time Step Simulation Dialog: Dilogo para el tiempo de paso de la simulacin. Scale Case: Entrega los valores detallados por barras, reas, Zonas, etc. Set Generator Part. Factors: Realiza la funcin de fijar los generadores segn su factor de participacin. Power Transfer Distribution Factors (PTDFs): Permite controlar y ver los resultados de transferencia de potencia y el clculo de los factores de distribucin. TLR Sensitivities / Generation Shift Factors: Herramientas para hacer clculos de sensibilidad. Other Sensituvities: Otras sensibilidades. Fault Analysis: Muestra la ventana para anlisis de fallas. Governor Power Flow: Muestra toda la informacin relacionada con la solucin de flujos de potencias. Make Movie: Crea un archivo de video del diagrama unilineal con todos los anlisis deseados. GIS Tools: Herramientas de Sistema de Informacin Geogrfica. Menu LP/OPF Uno de los productos adicionales de PowerWorld es el Flujo Optimo de Potencia (Optimal Power Flow - OPF). El simulator OPF considera el algoritmo de optimizacin conocido como flujo de potencia ptimo. La ventaja de tener dicha herramienta dentro del Simulador es la posibilidad de llevar a cabo un despacho ptimo de generacin en un rea o grupo de reas de control considerando al mismo tiempo los lmites de las lneas de transmisin y de las interfaces. Simulator OPF puede as calcular el precio marginal del suministro de electricidad a cada barra (conocido tambin como precio marginal nodal), tomando en cuenta los fenmenos de congestin en el sistema de transmisin. La ventaja de Simulator es que estos valores no son slo calculados, sino que tambin pueden ser presentados en un diagrama unilineal, dibujados, o exportados a una hoja de clculo. Men Voltaje Stability El programa incluye el mdulo para anlisis de estabilidad de voltaje, llamado Herramienta PVQV (Curva PV y Curva QV), que permite la identificacin de los riesgos tanto para la estabilidad de voltaje de los sistemas como para el soporte reactivo, especialmente durante

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estudios de planeacin. Esta informacin es til en la identificacin de estrategias para reforzar el sistema contra este tipo de riesgos. PVQV constituye una herramienta completa para el anlisis de voltaje en el ambiente familiar y de fcil uso caracterstico de PowerWorld Simulator.

Figura 2.14 Men Tools en modo Run. 2.2.4 Uso las barras de herramientas, barras de herramientas Standard El simulador tiene una amplia gama de barras de herramientas para un acceso fcil a todas sus caractersticas. Se pueden mover y clasificar segn tamao dependiendo del caso. Las barras de herramientas alojan varios mandos cada uno de los cuales pueden activarse con un slo click del Mouse. El simulador proporciona varias barras de herramientas para poder personalizar, muchas de las cuales se despliegan por defecto.

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Barra de herramienta Principal Esta barra de herramientas proporciona el acceso a los mens principales del programa, File, Edit, Insert, Windows, y Help (ver Figura 2.15). Los mens predefinidos que se muestran en el Men Principal varan dependiendo del modo en el que se encuentre (Edit Mode o Run Mode). Esta barra de herramientas est siempre visible, pero simplemente puede personalizarse como cualquier otra barra de herramientas en el Simulador. Los mens pueden personalizarse inicialmente ms all de aquellos que se despliegan por defecto. Cualquier men de la barra de herramientas se guardar en el registro del sistema para cuando el Simulador se vuelva a iniciar en el computador. Si se desea restablecer las barras de herramientas y los mens a sus formas predefinidas, puede hacerse realizando un clic en el rea de la barra de herramientas y apretando el botn Restablecer en el men correspondiente de la barra de herramientas.

Figura 2.15 Barra de Herramientas Barra de estado (Status Bar) La barra de estado se muestra abajo en el lado izquierdo de la ventana del simulador indicando distintas situaciones dependiendo del modo en el que se est trabajando. En el modo de edicin (Edit Mode) indica la posicin del cursor en el diagrama unilineal, tal como se muestra en la Figura 2.16.

Figura 2.16 Barra de estado en modo de edicin.

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En el modo de simulacin (Run Mode) indica en que situacin se encuentra la simulacin, si est corriendo, en pausa, etc. Adems indica que tipo de caso se est ejecutando si es AC o DC y el estado de la diferencia de flujos del circuito (Figura 2.17).

Figura 2.17 Barra de estado en modo Run Barra de herramientas File La barra de herramientas FILE proporciona el acceso a las actividades del sistema operativo como Guardar un diagrama unilineal o modelo del caso, imprimir un diagrama unilineal, o cargar un caso existente en el PC. Esta Barra de herramientas tambin ofrece el acceso al sistema de ayuda en lnea y a la herramienta de aprobacin del caso en PowerWorld. Ella contiene los siguientes botones. (Figura 2.18)

Figura 2.18 Barra de herramientas File.

Abrir un archivo de trabajo existente. Abrir un diagrama unilineal existente. Guardar el archivo existente. Guardar diagrama unilineal existente. Crear un nuevo archivo de trabajo. Crear un nuevo diagrama unilineal. Cargar Archivo auxiliar

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Validar el archivo existente. Imprimir. Ayuda Barra de herramientas Program La barra de herramientas de programacin permite pasar del modo de simulacin al modo de edicin o viceversa y poder controlar varios aspectos de la solucin de los flujos de potencias. Esta barra de herramientas (Figura 2.19) contiene los siguientes botones.

Figura 2.19 Barra de herramientas Program. Interrupcin (Abort) Este botn permite detener la simulacin actual. Si se est realizando una simulacin sincronizada el botn de interrupcin detendr brevemente la simulacin Modo de edicin (Edit Mode) El Modo de edicin se usa para crear un nuevo caso o modificar los casos existentes. Para cambiar a Modo de edicin, hacer clic en el botn Edit Mode en la barra de herramientas del programa o en el men principal File > Switch to Edit Mode. Las acciones que realiza el modo de edicin son:

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-

Crear un caso nuevo. (New Case) Crear un nuevo diagrama unilineal. (New Oneline). Agregar nuevos componentes grficamente a un caso existente.(Insert Menu) Modificar la apariencia de los objetos unilineales. (Format Menu) Ver y modificar un caso usando la lista de desplieges no grficas.(Case Informacin) Equivalencia de un caso. (Equivalencing) Aadir un subsistema a un caso existente. (Appending a Case) Para ms detalles sobre el modo de edicin por favor ver Edit Mode. Modo de simulacin (Run Mode) El Modo de simulacin (Run Mode) permite visualizar los flujos de potencias y obtener

los datos del caso en un simple click. Para acceder al modo de simulacin se debe hacer click en al botn Run Mode en la barra de herramientas del programa o en el men principal File > Switch to Run. Los aspectos importantes del modo de simulacin son: Los diagramas unilineales, permiten ver el caso grficamente. Existen dilogos para cambiar opciones de simulacin y la solucin de flujos de potencia. Hay varios tipos de grficos para las distintas variables del sistema. Permite variar fcilmente la carga, hacer desviaciones, e introducir generacin a cualquier nmero de barras Realizar anlisis de falla Ejecutar estudios de capacidad de transferencia Genera curvas PV y QV. Para ms detalles sobre el modo de simulacin por favor ver Run Mode. Modo de escritura (Script Mode)

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Como el nombre lo indica, un archivo de escritura contiene acciones especficas que tienen lugar automticamente en momentos especficos durante la simulacin de POWERWORLD. Usando un Script cualquier accin que el usuario realice ya sea de manera manual o automtica puede ser visualizada en un archivo de escritura. Adems es posible agregar anotaciones de texto escritas que aparecen en la pantalla a lo largo de la simulacin. Conjunto de mensajes (Message Log) Este comando muestra un registro de todas las acciones de simulacin que se realizan en el caso. Single Solution Full Newton Realiza una solucin simple de las ecuaciones de flujo de potencias. Este botn permite al Simulador realizar un flujo de potencias de manera autnoma. Slo puede ser utilizado en el modo de simulacin. Barra de herramientas Edit Esta barra de herramientas slo puede ser utilizada en el modo de edicin, realiza las opciones de copiar y cortar objetos en el diagrama unilineal con el fin de pegarlos en otro diagrama o para ser trasladados de posicin en el mismo, tambin permite seleccionar en un rectngulo para poder copiar o cortar un conjunto de objetos. Esta barra de herramientas (Figura 2.20) contiene los siguientes botones.

Figura 2.20 Barra de herramientas Edit.

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Borrar elementos seleccionados del diagrama unilineal, los enva al portapapeles. Copiar elementos seleccionados del diagrama unilineal al portapapeles. Pegar los elementos seleccionados del portapapeles en el diagrama unilineal. Permite seleccionar los objetos desde una ventana, la que muestra todos los componentes del diagrama unilineal. Seleccionar regin. Barra de herramientas Insert Esta barra de herramientas contiene numerosos botones que permiten agregar el dibujo objetos al diagrama unilineal actual. Los botones en esta barra de herramientas proporcionan el acceso a la mayora de las actividades disponibles del men de Insercin. Esta barra de herramientas (Figura 2.21) contiene los siguientes botones.

Figura 2.21 Barra de herramientas Insert. Insertar texto. Insertar un cuadro a modo de memoria. Insertar polgono.

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Insertar rectngulo. Insertar crculo. Insertar objetos en el diagrama unilineal (imgenes y figuras geomtricas). Insertar un hipervnculo a un documento desde un archivo existente. Insertar hipervnculo a un circuito unilineal desde un archivo existente direccin URL Insertar una barra. Insertar subestacin. Insertar una lnea de transmisin AC. Insertar un Generador. Insertar una carga. Insertar un transformador. Insertar un condensador Shunt. Insertar un interruptor al circuito. Insertar un indicador de sobrecarga de la lnea. Insertar flecha indicadora de flujo de energa. Insertar campo. Insertar un grupo de inyeccin. Insertar rea, Zona o Sper rea. Insertar una interfase entre circuitos Insertar un campo para las interfaces Insertar un indicador de sobrecarga en interface.

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Barra de herramientas Format La barra de herramientas de formato permite controlar los atributos de los objetos tales como la fuente, colores, estilos de lnea, acercamiento, y nivel del grosor de la capa del objeto que ha sido seleccionado. Esta barra de herramientas tambin permite poner los valores predefinidos cuando es necesario. Proporciona el acceso a la mayora de las actividades disponibles en el men Format del men principal. Esta barra de herramientas (Figura 2.22) contiene los siguientes botones.

Figura 2.22 Barra de herramientas Format.

Fuentes para la informacin del elemento. Lnea y espesor del elemento. Niveles y capas de los elementos. Realiza opciones de acercamiento y medidas de los elementos. Enviar atrs el elemento. Traer al frente el elemento. Barra de herramientas Case Information Esta barra de herramientas mantiene un acceso fcil a la informacin del caso

dependiendo del objeto a seleccionar, muestra opciones desde una ventana que el usuario puede personalizar para un estudio ms detallado del sistema. Esta barra de herramientas (Figura 2.23) contiene los siguientes botones.

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Figura 2.23 Barra de herramientas Case Information.

Permite al usuario personalizar la animacin de la simulacin. Esta opcin del men copia toda la informacin que se muestra en una ventana al portapapeles de Windows, el que se puede copiar en otros programas como Excell para un anlisis ms extenso. Esta opcin del men copia toda la informacin que es seleccionada con el rectngulo creado con el mouse al portapapeles de Windows, el que se puede copiar en otros programas como Excell para un anlisis ms extenso. Permite pegar la informacin que ha sido enviada al portapapeles de Windows. Permite recuperar un registro que pertenece a un elemento particular. Este botn se usa para encontrar archivos que pertenecen a un elemento identificado por nmero o nombre. Permite buscar un texto especfico en una ventana de informacin. Muestra una ventana con toda la informacin del objeto seleccionado. Muestra una ventana en la que pueden controlarse las opciones de volmenes y formato de los objetos del diagrama unilineal. Permite ver todos los datos de los objetos insertados en el diagrama unilineal. Muestra la ventana para filtrar elementos desde Areas, Zonas y Operadores. Esta ventana muestra filtros que se han definido para el tipo de objeto (por ejemplo barra, generador, interfaces, etc). Permite al usuario configurar el filtro basado en el criterio deseado. Permite actualizar al simulador para que tengan efectos los cambios hechos en el sistema.

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Muestra una ventana que permite calcular distintos valores correspondientes a la columna seleccionada (suma, promedio, varianza, etc). Permite auto ajustar las dimensiones de las columnas. Realiza la funcin de aumentar los decimales de los datos entregados en las columnas. Realiza la funcin de disminuir los decimales de los datos entregados en las columnas. Barra de herramientas Zoom Esta barra de herramientas permita hacer todo tipo de acercamientos o alejamientos al diagrama unilineal, el acceso a esta barra permite dimensionar el circuito de manera ptima. Esta barra de herramientas (Figura 2.24) contiene los siguientes botones.

Figura 2.24 Barra de herramientas Zoom.

Permite realizar un acercamiento a un rea seleccionada del diagrama unilineal. Realizar un alejamiento a un rea seleccionada del diagrama unilineal. Realizar acercamiento al diagrama unilineal. Realizar alejamiento al diagrama unilineal. Permite Ajustar de mejor manera el diagrama unilineal en la ventana de Windows. Permite buscar un objeto en el diagrama unilineal. Permite guardar el diagrama unilineal que se est visualizando. Muestra la informacin de alejamientos y acercamientos del caso.

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Barra de herramientas Options/Info Esta barra de herramientas (Figura 2.25) proporciona un acceso rpido a toda la informacin del sistema, adems de las opciones que este presenta. Contiene los siguientes botones.

Figura 2.25 Barra de herramientas Option/Info.

Muestra opciones de simulacin. Muestra opciones del diagrama unilineal. Permite volver los dibujos a su valor predeterminado. Muestra filtro para obtener informacin de reas, Zonas y Dueos. Formato Dinmico, realiza cambios a los componentes en forma simultnea. Activar formato dinmico para el diagrama unilineal Muestra lista rpida de flujos de potencias. Muestra informacin visual de barra. Muestra informacin visual de subestacin. Muestra la Ubicacin del diagrama unilineal en el computador.

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CAPTULO 3 - DESARROLLO DE APLICACIONES 3.1 Introduccin En este capitulo se presentan aplicaciones de esta herramienta de simulacin, con la doble finalidad de acercar al usuario al manejo de herramientas digitales y de proporcionarle la posibilidad de estudiar el funcionamiento del sistema elctrico de potencia en cualquier situacin, posibilidad que mediante tcnicas tradicionales sera impensable debido a la limitacin en el nmero de barras del sistema a analizar y en el nmero de estudios a realizar sobre un sistema concreto. Asimismo, en el presente captulo se presentarn las ventajas de esta herramienta, frente a otras herramientas de uso general como MATLAB, en el anlisis de flujos de potencias, fallas por cortocircuito y despacho econmico. Para realizar un anlisis comparativo se emplearn los programas FUGO y COSEP desarrollados en Matlab. El primero denominado FUGO [5] es un programa para clculo de flujos de potencia desarrollado en ambiente Windows que incluye todos los elementos componentes de una red. Utiliza los Mtodos de Newton Raphson y permite resolver sistemas de distribucin y transmisin. El segundo COSEP [7] es un programa computacional diseado para realizar clculos de cortocircuito simtricos y asimtricos como ayuda para efectuar estudios y anlisis de sistemas elctricos de potencia (SEP), incluyendo no el clculo de los voltajes de prefalla (Mtodo de Newton-Raphson) en sistemas radiales o enmallados. Para la comparacin se consideraron las redes [5], [7], cuyos datos se incluyen en el Anexo C. 3.2 Clculo de los flujos de potencias El estudio del flujo de carga en un sistema elctrico de potencia consiste en el anlisis del sistema en rgimen permanente y en situacin equilibrada bajo unas condiciones determinadas de operacin (un escenario de generacin y demanda determinado y una determinada configuracin de la red que interconecta a generadores y consumidores).

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A travs del estudio de flujos de carga se obtienen la magnitud y el ngulo de fase de la tensin, as como los flujos de potencia activa y reactiva en cada rama (lneas, trasformadores), constituyendo una importante herramienta en la operacin y planificacin del sistema, ya que permite detectar situaciones como sobrecarga de lneas y transformadores, violacin de los lmites de tensin, etc. El problema del clculo de flujos de carga consiste en la resolucin de un sistema de 2n ecuaciones no lineales, siendo n el nmero de nudos del sistema.

(3.1)

Este hecho limita, en caso de no emplearse una herramienta de clculo, el tamao del sistema y el nmero de casos de estudio y por tanto las conclusiones que pueden extraerse sobre el funcionamiento del sistema. En el presente captulo se compara la resolucin del flujo de potencias mediante la utilizacin de dos herramientas diferentes: PowerWorld y FUGO. Para el desarrollo de ste se modela un sistema constituido por tres generadores que alimentan a un conjunto de tres cargas a travs de una red constituida por cinco lneas y tres transformadores, cuyos primarios estn a 13,8 kV y los secundarios a 138 kV (Figura 3.1). Los datos del sistema, en valores por unidad estn referidos a una base comn de 100 MVA y son los que se indican en las tablas del Anexo C: 3.2.1 Resolucin del sistema de 9 barras con PowerWorld Para crear este sistema con el Simulador PowerWorld, se insertan y se unen todos los elementos que lo conforman en una hoja en blanco, y se especifican sus caractersticas. Una vez creado el modelo en el Modo Edit, se pasa al Modo Run, donde se simula, pudiendo visualizar cualquier variable del sistema: magnitud y ngulo de la tensin en cada nudo, potencia activa y reactiva, etc.

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Figura 3.1 Diagrama unilineal del sistema de 9 barras Durante el tiempo que dura la simulacin, se muestra de forma animada la variacin de los flujos de cargas, el sentido de dicha circulacin, el estado de carga de cada una de las lneas y las prdidas que se producen en el sistema (Figura 3.2). Tambin, es posible visualizar mediante una escala de colores las zonas del sistema en las que una magnitud dada, como la tensin, alcanza un cierto nivel, lo que facilita la rpida interpretacin de los resultados obtenidos y la comparacin con simulaciones anteriores (Figura 3.3). Adems se puede ver cada barra en forma independiente con el fin de visualizar las potencias entrantes y salientes de la barra como ejemplo, en la Figura 3.4 se muestra la barra 7, adicionalmente y con un solo clic se puede obtener la matriz de admitancias del sistema y el jacobiano del flujo de potencia, siendo posible exportarlos a otras herramientas de anlisis.

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Figura 3.2 sistema de 9 barras con PowerWorld.

Figura 3.3 Visualizacin de los voltajes en escala de colores

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Por otra parte, la lista de los flujos de potencias del sistema se tiene en un archivo de texto a fin de realizar un anlisis ms completo (Figura 3.5).

Figura 3.4 Ventana de barra

Figura 3.5 Lista de flujos de potencia en PowerWorld

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Por ltimo, es posible aproximarse a la realidad de la operacin de un sistema de potencia al definir la evolucin de la demanda de los diferentes nudos del sistema a lo largo del periodo de simulacin y la maniobra de conexin y desconexin de los diferentes elementos mediante la apertura y cierre de los interruptores que los conectan al resto del sistema, observando el efecto de dichas acciones en el conjunto del sistema: nivel de carga de las lneas, perfil de tensiones, etc. 3.2.2 Resolucin del sistema de 9 barras con FUGO En el desarrollo de este ejemplo mediante FUGO, es necesario ingresar a Matlab, ubicar el directorio donde se encuentre FUGO y luego escribir fugo. FUGO consta de las siguientes ventanas: Bienvenido a FUGO, General, Barras, Lineas, TCD, Mtodos.

Figura 3.6 Ventana de presentacin FUGO La Figura 3.6 corresponde a la presentacin de FUGO, si hace clic en Entrar, se cerrar la ventana Bienvenidos a FUGO, dando paso a una nueva ventana llamada General en donde se inicia el ingreso de datos del sistema a analizar.

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Ventana General En ella se inicia el ingreso de datos del sistema como son: el nombre del Sistema Elctrico de Potencia (SEP), nmero de barras, nmero de barras controladas (PV), nmero de lneas y nmero de Transformadores con Cambio de Derivacin (TCD). Luego de completar con la informacin solicitada se tiene acceso a las siguientes ventanas: Barras, Lneas, TCD, Mtodos, Ayuda y Salir. Ventana Barras Aqu se debe ingresar el Nmero de la barra, el Tipo de Barra (PQ, PV SL) segn corresponda, Voltaje de la Barra en p.u., Nombre de la Barra, Potencia Generada y Potencia Consumida en ella (ambas en p.u.). Ventana Lneas Aqu se debe ingresar: la ubicacin de la Lnea, la Impedancia serie (Z) y Admitancia paralelo (Y/2) de la misma (ambas en tanto por unidad). Ventana TCD En la ventana TCD, se debe indicar: la ubicacin del TCD, su Impedancia nominal o de cortocircuito (en p.u.) y el lado en el cual se ubica el tap. Tambin existen 3 botones: Aceptar, Cerrar y Ayuda. Ventana Mtodos Aqu se debe elegir alguna de las versiones del mtodo de Newton Raphson con la cual se quiere resolver el problema. Las opciones son las siguientes: Jacobiano Completo, Desacoplado y Desacoplado Rpido, adems de poder modificar el criterio de convergencia y el nmero de iteraciones mximas.

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Luego de validar toda la informacin ingresada en cada una de las ventanas de FUGO, y seleccionando la versin del mtodo de Newton Raphson que se desee se debe pulsar Aceptar, para realizar el clculo de flujos de potencias. Presentacin de Resultados El programa, entrega un listado de resultados como archivo de texto con extensin txt, el cual es abierto inmediatamente despus que se termina la ejecucin del programa y guarda en un archivo cuyo nombre corresponde al del sistema y que se muestra a continuacin.SISTEMA EN ESTUDIO 9barras ESPECIFICACIONES Y DATOS DEL SISTEMA NMERO NMERO NMERO NMERO DE DE DE DE NODOS LNEAS NODOS CONTROLADOS T.C.D. 9 9 2 O

ESPECIFICACIN Y UBICACIONES DE LAS LNEAS -----------------------------------------UBICACION IMPEDANCIA SERIE ADMITANCIA A TIERRA DESDE HASTA (Z ) (Y/2 R X G/2 B/2 BARRA N0 BARRA N0 --------------------------------------------------------------------1 3 0.0000 0.0586 0.0000 0.0000 1 6 0.0390 0.1700 0.0000 0.3580 1 8 0.0119 0.1008 0.0000 0.2090 2 7 0.0000 0.0625 0.0000 0.0000 4 5 0.0100 0.0850 0.0000 0.1760 4 6 0.0170 0.0920 0.0000 0.1580 4 9 0.0000 0.0576 0.0000 0.0000 5 7 0.0320 0.1610 0.0000 0.3060 7 8 0.0085 0.0720 0.0000 0.1490 ESPECIFICACIONES DE CARGA DE LAS BARRAS --------------------------------------BARRA VOLTAJE POTENCIA GENERADA POTENCIA CONSUMIDA TIPO NOMBRE N0 POT.ACT POT.REAC POT.ACT POT.REAC ----------------------------------------------------------------------------1 1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 PQ Barra.. .1 2 1.0250 1.7000 0.0000 0.0000 0.0000 PV Barra.. .2 3 1.0000 0.8000 0.0000 0.0000 0.0000 PV Barra.. .3 4 1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 PQ Barra.. .4 5 1.0000 0.0000 0.0000 1.3000 0.1000 PQ Barra.. .5 6 1.0000 0.0000 0.0000 1.0000 0.3000 PQ Barra.. .6 7 1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 PQ Barra.. .7 8 1.0000 0.0000 0.0000 0.9500 0.2000 PQ Barra.. .8 9 1.0400 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 SL Barra.. .9

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SOLUCION DEL PROBLEMA ********************** METODO DE NEWTON-RAPHSON ************************* NUMERO DE ITERACIONES = 5.0 EXACTITUD= .001000

POTENCIA GENERADA POTENCIA CONSUMIDA NOMBRE POT.ACT POT.REACT POT.ACT POT.REACT VOLTAJE ANGULO TIPO ------------------------------------------------------------------------Barra...1 .0000 .0000 .0000 .0000 1.0512 1.6533 PQ Barra...4 .0000 .0000 .0000 .0000 1.0676 2.3736 PQ Barra...5 .0000 .0000 1.3000 .1000 1.0745 4.1733 PQ Barra...6 .0000 .0000 1.0000 .3000 1.0636 4.1989 PQ Barra...7 .0000 .0000 .0000 .0000 1.0637 3.5612 PQ Barra...8 .0000 .0000 .9500 .2000 1.0612 .6843 PQ Barra...3 .8000 -.8558 .0000 .0000 1.0000 4.2106 PV Barra...2 1.7000 -.5510 .0000 .0000 1.0250 9.1545 PV Barra...9 .7983 -.4818 .0000 .0000 1.0400 .0000 SL

FACTOR DE POTENCIA DEL SISTEMA = ------------------------------

.8562 CAPACITIVO ----------

FLUJO DE POTENCIA ENTRE BARRAS ****************************** POTENCIA PERDIDA DE A P Q P Q --------------------------------------------------------------------Barra...3 Barra...1 .8004 .8558 .0000 .0805 Barra...1 Barra...6 .6278 .5819 .0151 .7346 Barra...1 Barra...8 .1726 .3543 .0005 .4622 Barra...2 Barra...7 1.7002 .5510 .0000 .1900 Barra...4 Barra...5 .4087 .3289 .0016 .3901 Barra...4 Barra...6 .3896 .1992 .0023 .3465 Barra...9 Barra...4 .7983 .4818 .0000 .0463 Barra...7 Barra...5 .9177 .5358 .0248 .5745 Barra...7 Barra...8 .7825 .2052 .0046 .2973 ---------------TOTALES = .0489 2.4885

Al igual que con el simulador PowerWorld, FUGO calcula lo que tienen que generar las centrales para cubrir las prdidas, la magnitud y el ngulo de fase de la tensin y la potencia activa y reactiva que fluye en cada rama aunque la presentacin de los resultados, en forma de tabla, dificulta su anlisis y la comparacin con los obtenidos con otros escenarios.

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Tabla 3.1. Voltajes de barra para el sistema de 9 barrasDatos Resultantes en FUGO |V| (p.u.) 1,0512 1,6533 1,0250 9,1545 1,0000 4,2106 1,0676 -2,3736 1,0745 -4,1733 1,0636 -4,1989 1,0637 3,5612 1,0612 0,6843 1,0400 0,0000 Datos Resultantes en PowerWorld Simulator |V| (p.u.) 1,0512 1,647 1,0250 9,148 1,0000 4,203 1,0676 -2,375 1,0745 -4,176 1,0636 -4,202 1,0637 3,556 1,0612 0,679 1,0400 0,000

Barra 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tabla 3.2. Flujos de potencia para el sistema de 9 barrasUbicacin Desde 3 1 1 2 4 4 9 7 7 Hasta 1 6 8 7 5 6 4 5 8 Datos Resultantes en FUGO MW MVAr 80,04 -85,58 62,78 -58,19 17,26 -35,43 170,02 -55,10 40,87 -32,89 38,96 -19,92 79,83 -48,18 91,77 -53,58 78,25 -20,52 Datos Resultantes en PowerWorld MW MVAr 80,00 -85,58 62,75 -58,19 17,25 -35,43 170,00 -55,10 40,90 -32,90 38,99 -19,92 79,89 -48,19 91,74 -53,58 78,26 -20,52

La Tabla 3.1 muestra que la diferencia en las magnitudes y ngulos de los voltajes de barra es muy pequea. No existe error en las magnitudes del voltaje de barra. El mximo error para los ngulos de los voltajes de barra se presenta sobre la barra 3 y es de 0,1804 %. Tanto para magnitudes como para ngulos, los valores obtenidos con el programa son iguales o ligeramente inferiores a los entregados por FUGO. Por otro lado la Tabla 3.2 muestra que el mximo error que se presenta para los flujos de potencia activa es de 0,0751% y corresponde al flujo existente entre las barras 9 y 4. El mximo error para los flujos de potencia reactiva es de 0,02 % y se presenta en las ramas 4 a 5 y 9 a 4. Asumiendo los errores totales en cada rama como la suma del error de flujos de potencia activa y reactiva, el mximo porcentaje de error que se presenta es de 0,0951 % sobre la rama 9 a 4. Los valores anteriores demuestran la eficiencia del programa PowerWorld Simulator en la solucin de flujos de Potencia.

49

3.3

Clculo de cortocircuito Los cortocircuitos ocurren en los sistemas de potencia cuando falla el aislamiento del

equipo, debido a sobrevoltajes del sistema por rayos o variaciones por maniobras de interruptores, a contaminacin del aislamiento (roco salino o contaminacin) o por otras causas mecnicas. El cortocircuito resultante o la corriente de falla se determinan por los voltajes internos de las mquinas sncronas y por las impedancias del sistema entre los voltajes de mquina y la falla. En general, el Clculo de Cortocircuitos debe proporcionar los siguientes resultados: La corriente en el punto de falla La potencia de cortocircuito en el punto de falla La distribucin de corrientes post-falla en todas las lneas del SEP Las tensiones post-falla en todas las barras Para comparar la aplicacin de PowerWorld y Matlab en el clculo de cortocircuitos, en este punto se considera el sistema de siete barras cuyo diagrama unilineal se muestra en la Figura 3.7. En las tablas del Anexo C se dan los datos de mquinas, lneas y trasformadores del sistema.

Figura 3.7 Diagrama unilineal del sistema de 7 barras

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3.3.1

Resolucin del sistema de 7 barras con PowerWorld Luego de disear el sistema en el simulador y de especificar todos los parmetros en el

Modo Edit, se pasa el Modo Run (Figura 3.8), donde se inicia la simulacin. Para apreciar una falla en una barra del diagrama unilineal, slo se debe hacer un clic con el botn derecho del ratn en el smbolo de la barra para mostrar el men local y luego seleccionar Fault. De esta manera aparece el cuadro de dilogo Fault (Figura 3.9). La barra seleccionada ser elegida en forma automtica como la ubicacin de la falla. Luego, seleccionar Calculate para determinar las corrientes de falla y los voltajes.

Figura 3.8 Representacin del SEP Adems, los valores se pueden animar en el diagrama unilineal al cambiar el valor del campo Oneline Display (Figura 3.10). Puesto que con una falla trifsica el sistema permanece balanceado, las magnitudes de las fases a, b y c son idnticas. Los voltajes en las barras y las corrientes de falla en las lneas para para una falla en la barra 3 se muestran en las tablas 3.2 y 3.4 respectivamente.

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Figura 3.9 Ventana Fault Anlisis

Figura 3.10 Animacin del diagrama unilineal 3.3.2 Resolucin del sistema de 7 barras con COSEP En el desarrollo de este ejemplo mediante COSEP se debe ejecutar el programa entrando a Matlab, ubicar el directorio donde se encuentra COSEP y finalmente escribir COSEP. Cuando se est en C:\MATLAB se debe escribir cd cosep lo que le permite acceder a la carpeta COSEP, donde se encuentra el programa, el que cuenta con las siguientes ventanas.

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Ventana Clculos de Cortocircuitos La Figura 3.11 corresponde a la ventana de Presentacin de COSEP. Luego de hacer clic en Entrar, se cierra la ventana Clculo de Cortocircuitos y se ingresa a la ventana General donde se puede iniciar el ingreso de datos.

Figura 3.11 Ventana Clculo de Cortocircuito Ventana General En esta ventana se inicia el ingreso de datos del sistema en estudio. Se debe indicar: el nombre del Sistema Elctrico de Potencia (SEP), el nmero de barras, el nmero de lneas, el nmero de barras PV, el nmero de transformadores, el nmero de la barra fallada y la impedancia de falla. Adems, luego de completar toda la informacion del SEP se puede tener acceso a las siguientes ventanas: Barras, Lneas, Transformadores, Ayuda, Tipo de Corto circuito y Cerrar. Ventana Barras Al pulsar sobre el botn Barras de la ventana General y teniendo sta todos sus datos, se abre la ventana Barras. En esta ventana se ingresan los datos: Nmero de la Barra,

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Tipo (PQ, PV,o SL), Voltaje de la Barra, Potencia Generada, Potencia Consumida, si tiene o no un generador conectado a ella. Ventana Lneas Al pulsar el botn Lnea de la ventana General y teniendo sta todos sus datos, se despliega la ventana Lineas, donde se debe ingresar: la ubicacin de la Lnea, la Impedancia serie de la Lnea (Z) para cada una de las secuencias, y la Admitancia paralelo (Y/2) de la misma (ambas en tanto por unidad). Ventana Transformadores Al presionar el botn Transformadores de la ventana General y si existen todos los datos de sta, se puede ingresar a la ventana. En la ventana Transformadores se debe ingresar: El nmero del transformador, los nmeros de las barras donde est ubicado el transformador, los voltajes nominales del mismo en kV y la impedancia de puesta de tierra. Ventana Tipo de Cortocircuito Una vez ingresados todos los datos de las ventanas anteriormente sealadas, se pulsa el botn Tipo de Cortocircuito, para resolver el problema. Resultados Al ejecutar cualquiera de los tipos de cortocircuito, los resultados del clculo son entregados como archivo de texto. A continuacin se muestra un ejemplo donde se da a conocer la forma de entrega de resultados para el sistema de 7 barras.

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SISTEMA EN ESTUDIO ESPECIFICACIONES Y DATOS DEL SISTEMA NMERO NMERO NMERO NMERO NMERO DE DE DE DE DE BARRAS LNEAS BARRAS PV TRANSFORMADORES BARRA FALLADA : : : : : 7 8 1 0 1 MDULO IMPEDANCIA DE FALLA 0.0000 ANGULO 0.0000

7barras

ESPECIFICACIN Y UBICACIONES DE LAS LNEAS -----------------------------------------------------------------------------------UBICACION IMPEDANCIA SERIE (Z) DESDE HASTA SEC(+) SEC(-) SEC(0) BARRA N0 BARRA N0 R X R X R X -----------------------------------------------------------------------------------1 3 0.0530 0.2100 0.0530 0.2100 0.1590 0.6300 1 4 0.0630 0.2520 0.0630 0.2520 0.1890 0.7560 1 5 0.0310 0.1260 0.0310 0.1260 0.0930 0.3780 2 3 0.0310 0.1260 0.0310 0.1260 0.0930 0.3780 2 5 0.0420 0.1680 0.0420 0.1680 0.1260 0.5040 3 4 0.0840 0.3360 0.0840 0.3360 0.2520 1.0080 3 7 0.0000 0.0500 0.0000 0.0500 0.0000 0.0500 5 6 0.0000 0.0500 0.0000 0.0500 0.0000 0.0500 -------------------------------------UBICACION ADMITANCIA A TIERRA DESDE HASTA (Y/2) BARRA N0 BARRA N0 G/2 B/2 -------------------------------------1 3 0.0000 0.0255 1 4 0.0000 0.0305 1 5 0.0000 0.0155 2 3 0.0000 0.0155 2 5 0.0000 0.0205 3 4 0.0000 0.0410 3 7 0.0000 0.0000 5 6 0.0000 0.0000 CORTOCIRCUITO TRIFASICO SIN CONSIDERAR Zc SIN CALCULO DE VOLTAJES DE PREFALLA TENSIONES DE BARRAS --------------------------------------------------------------------------------UBICACION FASE A FASE B FASE C BARRA N0 MDULO ANGULO MDULO ANGULO MODULO ANGULO --------------------------------------------------------------------------------1 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 2 0.3697 -8.8667 0.3697 -128.8667 0.3697 111.1333 3 0.3827 -8.8057 0.3827 -128.8057 0.3827 111.1943 4 0.1640 -8.8057 0.1640 -128.8057 0.1640 111.1943 5 0.3525 -8.9446 0.3525 -128.9446 0.3525 111.0554 6 0.4805 -5.2344 0.4805 -125.2344 0.4803 114.7656 7 0.5047 -5.3280 0.5047 -125.3280 0.5047 114.6720

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TENSIN EN LA BARRA FALLADA -------------------------------------------------------------FASE A FASE B FASE C MDULO NGULO MDULO NGULO MDULO NGULO -------------------------------------------------------------0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

CORRIENTES DE LINEAS -----------------------------------------------------------------------------------UBICACION FASE A FASE B FASE C DESDE HASTA MDULO ANGULO MDULO ANGULO MDULO ANGULO BARRA N0 BARRA N0 -----------------------------------------------------------------------------------1 3 1.7670 95.3589 1.7670 -24.6411 1.7670 215.3589 1 4 0.6314 95.2306 0.6314 -24.7694 0.6314 215.2306 1 5 2.7163 94.8775 2.7163 -25.1225 2.7163 214.8715 2 3 0.0999 96.7577 0.0999 -23.2423 0.0999 216.7577 2 5 0.0999 -83.2423 0.0999 -203.2423 0.0999 36.7577 3 4 0.6314 -84.7694 0.6314 -204.7694 0.6314 35.2306 3 7 2.4982 95.3824 2.4982 -24.6176 2.4982 215.3824 5 6 2.6165 94.8057 2.6165 -25.1943 2.6165 214.8057 CORRIENTE EN LA BARRA FALLADA ------------------------------------------------------------------FASE A FASE E FASE C MDULO ANGULO MDULO ANGULO MODULO ANGULO ------------------------------------------------------------------5.1147 -84.9126 5.1147 -204.9126 5.1147 35.0874

Al igual que con el simulador PowerWorld, COSEP calcula las corrientes de lnea, la magnitud y el ngulo de fase de la tensin, aunque la presentacin de los resultados, en forma de tabla, dificulta su anlisis y la comparacin con los obtenidos con otros escenarios. La comparacin de los resultados obtenidos con Powerworld y COSEP (Tablas 3.2, 3.3, 3.4 y 3.5) muestra que no existe diferencia en las magnitudes y ngulos de los voltajes de barra y corrientes de lnea y la diferencia que pueda existir es debido a las aproximaciones de cada programa.

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Tabla 3.2. Voltajes resultantes en PowerWorld para el sistema de 7 barrasBarra N 3 2 3 4 5 6 7 Fase A Mdulo Angulo 0,00000 0,00 0,36975 -8,87 0,38270 -8,81 0,16402 -8,81 0,35246 -8,94 0,48054 -5,23 0,50473 -5,33 Fase B Mdulo Angulo 0,00000 0,00 0,36975 -128,87 0,38270 -128,81 0,16402 -128,81 0,35246 -128,94 0,48054 -125,23 0,50473 -125,33 Fase C Mdulo Angulo 0,00000 0,00 0,36975 111,13 0,38270 111,19 0,16402 111,19 0,35246 111,06 0,48054 114,77 0,50473 114,67

Tabla 3.3. Voltajes resultantes en COSEP para el sistema de 7 barrasBarra N 1 2 3 4 5 6 7 Fase A Mdulo Angulo 0,0000 0,0000 0,3697 -8,8667 0,3827 -8,8057 0,1640 -8,8057 0,3525 -8,9446 0,4805 -5,2344 0,5047 -5,3280 Fase B Mdulo Angulo 0,0000 0,0000 0,3697 -128,8667 0,3827 -128,8057 0,1640 -128,8057 0,3525 -128,9446 0,4805 -125,2344 0,5047 -125,3280 Fase C Mdulo Angulo 0,0000 0,0000 0,3697 111,1333 0,3827 111,1943 0,1640 111,1943 0,3525 111,0554 0,4805 114,7656 0,5047 114,6720

Tabla 3.4. Corrientes de lnea resultantes en PowerWorld para el sistema de 7 barrasUbicacin Desde Hasta 1 3 1 4 1 5 2 3 2 5 3 4 3 7 5 6 Fase A Mdulo Angulo 1,76699 95,36 0,63142 95,23 2,71631 94,88 0,09987 96,76 0,09987 -83,24 0,63142 -84,77 2,49825 95,38 2,61650 94,81 Fase B Mdulo Angulo 1,76699 -24,64 0,63142 -24,77 2,71631 -25,12 0,09987 -23,24 0,09987 156,76 0,63142 155,23 2,49825 -24,62 2,61650 -25,19 Fase C Mdulo Angulo 1,76699 -144,64 0,63142 -144,77 2,71631 -145,12 0,09987 -143,24 0,09987 36,76 0,63142 35,23 2,49825 -144,62 2,61650 -145,19

Tabla 3.5. Corrientes de lnea resultantes en COSEP para el sistema de 7 barrasUbicacin Desde Hasta 1 3 1 4 1 5 2 3 2 5 3 4 3 7 5 6 Fase A Mdulo Angulo 1,7670 95,3589 0,6314 95,2306 2,7163 94,8775 0,0999 96,7577 0,0999 -83,2423 0,6314 -84,7694 2,4982 95,3824 2,6165 94,8057 Fase B Mdulo Angulo 1,7670 -24,6411 0,6314 -24,7694 2,7163 -25,1225 0,0999 -23,2423 0,0999 -203,2423 0,6314 -204,7694 2,4982 -24,6176 2,6165 -25,1943 Fase C Mdulo Angulo 1,7670 215,3589 0,6314 215,2306 2,7163 214,8715 0,0999 216,7577 0,0999 36,7577 0,6314 35,2306 2,4982 215,3824 2,6165 214,8057

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Tanto para el clculo de flujos de potencia como el clculo de cortocircuitos las diferencias no est en los resultados entregados por los programas antes vistos, sino en como se presentan los datos. Uno de los aspectos ms importante de PowerWorld es su capacidad grfica, con la cual se puede desplegar completamente el diagrama unilineal del sistema. Otro aspecto importante de PowerWorld es su capacidad de mostrar en pantalla lo que est sucediendo dentro del sistema. La ventaja de este esquema unilineal radica en que se puede conseguir rpidamente una percepcin de los flujos de una porcin grande del sistema. Sin embargo, cuando se animan los flujos se consigue un efecto ms claro. Flechas de color en las lneas de transmisin, cargas y generadores estn animadas, con su movimiento, tamao y direccin proporcionales a la magnitud y la direccin del flujo de potencia. Las opciones le permiten modificar estos parmetros para una mejor conveniencia. Todos los parmetros, funciones y herramientas del modelo son fcilmente accesibles mediante la interfaz grfica del usuario (IGU) de Simulator, lo cual ofrece un fcil manejo adems de una gran ayuda tanto en la utilizacin del programa como en la interpretacin de sus resultados. Usando los diagramas unilineales y la informacin en los dilogos, es posible construir y modificar un modelo grficamente y verificar de manera conveniente que los cambios que se han hecho son efectivamente correctos. En el Modo de Edicin, el programa permite construir nuevos casos ya sea desde el principio o desde un caso de flujo de potencia existente. 3.4 Algunas observaciones al programa encontradas durante los clculos de flujos de potencia y corto circuito El programa PowerWorld permite establecer mltiples islas durante la simulacin; esto quiere decir que si una o varias partes del sistema quedan aisladas, el programa permite simular los flujos de carga en stas ya que asigna en cada una de ellas una barra de referencia. Cuando se utiliza la opcin de simulacin en el tiempo se tiene la posibilidad de simular eventos inesperados sobre el sistema; el programa permite decidir con que frecuencia se quieren simular eventos como una descarga atmosfrica sobre una lnea, un tornado, entre otros. Esto ocasionar la apertura de una lnea (o de una parte del sistema).

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Para los generadores y las cargas no se dispone de una opcin especfica para definir el tipo de conexin de los elementos, es decir, no se puede decir si el elemento est conectado en Y o en . Como solucin a esta limitacin, en el caso de los generadores, la conexin a tierra de estos elementos se puede manipular modificando el valor de la impedancia neutro - tierra (Zn). Para el caso de las cargas, los valores que deben modificarse dependiendo de la puesta a tierra de las mismas, son los de admitancia de secuencia cero que se ingresan en los registros de las barras a las cuales se conectan. (Anexo A). Permite efectuar control de generacin en un rea especfica por varios mtodos: Control de participacin de los generadores del rea, el cual presenta varias opciones para definir la contribucin de cada generador por medio de los factores de participacin; Control por despacho econmico, Control por flujo ptimo de potencia y Control por la barra slack del sistema. Una de las limitaciones presentadas por el programa es que para el modelado de motores, no existe un elemento que permita definirlos especficamente. La alternativa disponible para motores sncronos es tomarlos como si fueran generadores, teniendo claro que la salida de potencia tanto activa como reactiva debe ser especificada como un valor negativo. Para clculos de fallas PowerWorld Simulator permite visualizar nicamente las corrientes de falla en una sola barra a la vez, es decir, no hay posibilidad de encontrar las corrientes de falla sobre cada barra del sistema en una sola simulacin (Anexo B). La presentacin de los resultados de los clculos de fallos, difiere de la efectuada por el programa para los clculos de flujo de carga. En el ltimo caso, los resultados se presentan compendiados para todos los elementos en un slo listado, mientras que en el primer caso, los resultados se presentan como tablas para cada elemento por separado. Lo anterior limita la visualizacin global de los resultados y dificulta la portabilidad de los mismos, haciendo necesario para efectos de ensamblar un slo reporte, copiar y pegar reiteradamente los resultados de cada elemento del sistema (Anexo B). En el anlisis de fallas, el programa PowerWorld Simulator tiene en cuenta los parmetros de las cargas en los clculos de la corriente de falla, a diferencia de lo encontrado

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usualmente en la bibliografa y en otros programas. Estos parmetros son tomados por el programa en los estudios de fallas como admitancias de secuencia en paralelo con las barras de carga. Por otra parte, aunque no se permite definir explcitamente la conexin a tierra de la carga, esta se puede tener en cuenta en los datos de admitancia de secuencia cero (Anexo B). Se puede realizar el anlisis de fallas sobre cualquier parte de una lnea de transmisin; en el fondo lo que el programa realiza es una falla sobre una nueva barra ingresada al sistema y ubicada en el lugar especificado para ello. Una de las debilidades de este programa y de la mayora de programas comerciales disponibles para la simulacin de sistemas de potencia es que no permiten la simulacin de cargas desbalanceadas. 3.5 Otros programas de simulacin de sistemas de potencia Esta es una invitacin a explorar el mundo de los programas comerciales, sabiendo desde ya que su costo difcilmente esta al alcance de estudiantes e instituciones. Dichos programas en algunos casos proponen ejemplos desarrollados que pueden ser de gran utilidad en la comprensin de la solucin de distintos problemas, de los datos empleados en la misma y de los resultados que deben obtenerse y cmo estos se presentan. En general, para obtener cualquiera de estos programas de simulacin es necesario realizar una fuerte inversin econmica, y en el caso de la Universidad, justificar adecuadamente dicho desembolso. Una alternativa a la adquisicin mediante pago de estas herramientas de simulacin es la utilizacin de programas "demo". Estos programas se pueden descargar gratuitamente de Internet y suelen funcionar con ciertas restricciones, pero an as son perfectamente vlidos. A continuacin se muestran las principales caractersticas de algunos de los programas de simulacin "demo" utilizados actualmente. A modo de ejemplo, los programas que se

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presentan son: CYMFAULT, CYMFLOW, DIgSILENT, ETAP PowerStation, Neplan y WINFLU. 3.5.1 CYMFAULT [9] CYMFAULT es un programa diseado para simular condiciones de falla en sistemas elctricos de potencia trifsica. Su sistema de ingreso de datos amigable al usuario, su capacidad para generar una multitud de reportes y su flexibilidad para aplicar todas las normas aceptadas por la industria son atributos que hacen de el, una buena herramienta para realizar estos estudios tan comunes pero a la vez importantes de sistemas de potencia. Este programa cumple con las normas norteamericanas ANSI C37.5, ANSI C37.010, ANSI C37.13 y Europeas IEC-60909. Tambin es capaz de realizar estudios convencionales de cortocircuito sin referencia a ninguna norma en particular. El programa realiza: Fallas en derivacin: trifsicas, fallas de fase a tierra, fallas de fase a fase y de fase a fase con tierra. Fallas serie (una fase abierta, dos fases abiertas y desbalance serie trifsico). Reduccin de redes en forma separada para relaciones ANSI X/R. Fallas con arco usando impedancias de falla definidas por el usuario. Acoplamiento mutuo de secuencia cero. Modelacin de transformadores con tres devanados en secuencia positiva y cero. Bancos de transformadores desfasadores conectados en delta-estrella -Y Clculo de fallas en el inicio y al final de las lneas. Evaluacin de la eficacia de los dispositivos de interrupcin. Opcin automtica de falla deslizante en lneas y/o cables de transmisin. Reportes de la tensin y corriente en todo el sistema junto con la contribucin de las mquinas. (Valores por fase y por secuencia).

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3.5.2

CYMFLOW [9] Es un programa diseado para realizar estudios de flujos de potencia en redes elctricas

trifsicas. Cuenta con herramientas analticas poderosas y tcnicas alternativas de resolucin. El programa utiliza los mtodos ms modernos de productos de matriz dispersa por vector y algoritmos de solucin mltiple (Mtodos de Newton-Raphson Completo, Desacoplado Rpido y Gauss-Seidel). El programa considera: Anlisis de redes compuestas de millares de barras y ramas. Varias barras de referencia (swing). Seleccin automtica de barras de referencia (swing) para subsistemas aislados. Opcin de barra de referencia distribuida. Solucin simultnea de redes aisladas. Intercambio de potencia activa entre reas incluyendo generadores de control de rea. Lmites de potencia reactiva de generadores y control remoto de tensiones. Control local o remoto de tensiones y flujo de potencia reactiva por medio de transformadores con cambiador de derivaciones. Control de flujo de potencia activa mediante transformadores desfasadores. Elementos conmutables en derivacin Modelacin generalizada de cargas, incluyendo potencia, corriente o impedancia constantes. Representacin y control de lneas de corriente continua (c.c). Sistemas de conversin de energa elica (WECS). Modelacin y representacin de dispositivos FACTS (UPFC y STACOM). Sobrecorriente de conexin del transformador (corriente de Inrush). Codificacin a colores de equipos sobrecargados y barras con tensiones fuera de lmites en el diagrama unilineal de la red. Unidades definidas por el usuario para tensiones de barra y flujos de lnea aplicables a los resultados tabulares y grficos.

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Reportes tabulares exportables directamente a otros programas con hojas de clculo como MSExcel.

3.5.4

DIgSILENT PowerFactory [10] Es un una herramienta para aplicaciones en generacin, transmisin, distribucin y

sistemas industriales. Integra todas las funciones, es fcil de utilizar, totalmente compatible con Windows y combina una serie de capacidades de modelado confiable y flexible del sistema con algoritmos innovadores y un concepto de base de datos nica. Permite realizar flujos de carga balanceados y desbalanceados, anlisis de fallas, armnicos, barrido de frecuencia, estabilidad, Simulaciones electromagnticas (EMT) para tres, dos y una fase en sistemas de CA y CD, simulacin y coordinacin de protecciones, confiabilidad en distribucin, transmisin y generacin, anlisis de pequeas seales, estabilidad de voltaje esttica y dinmica, despacho de potencia activa y reactiva, estimacin de estado, ubicacin optima de capacitores, seleccin de cables, interfaces para la integracin de GIS y SCADA, compatibilidad con PSS/E. DIgSILENT incorpora una lista de funciones de simulacin que incluye: Flujos de carga y Anlisis de fallas de una red con una representacin completa en CA y CD Optimizacin de redes de distribucin Dimensionamiento de cables segn IEC Simulacin Dinmica Simulacin electromagntica (EMT) Anlisis del comportamiento de pro