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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE ELECTRICA DEPARTAMENTO DE POTENCIA
Autor: Br. Jairo R. Hernández M. Tutor Académico: Ing. Ricardo Stephens. Tutor industrial: Ing. José Luis Moreno.
Julio, 2003
iii
APLICACIÓN DEL SOFTWARE DIgSILENT EN EL ANÁLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA.
Br. Jairo R. Hernández M.
El trabajo de grado titulado “APLICACIÓN DEL SOFTWARE DIgSILENT EN EL ANÁLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA”, presentado por Br. Jairo R. Hernández M., en cumplimiento parcial de los requisitos para optar al titulo de ingeniero electricista, fue aprobado por el siguiente jurado. _____________________________ _____________________________ Prof. Ernesto Mora. (Jurado) Prof. Miguel Montilla. (Jurado) C.I: 3.499.666. C.I: 10.555.260. __________________________ Prof. Ricardo Stephens (Tutor) C.I: 15.175.313.
iv
APROBACIÓN DEL TUTOR INDUSTRIAL.
APLICACIÓN DEL SOFTWARE DIgSILENT EN EL ANÁLISIS DE
SISTEMAS DE POTENCIA.
Br. Jairo R. Hernández M.
Certifico que he leído y aprobado este trabajo especial de grado en cuanto al
contenido científico y metodológico.
_______________________________ Ing. José L. Moreno.
C.I: 8.023.780.
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DEDICATORIA
A Dios Todopoderoso y a la Santísima Virgen Maria por iluminarme y guiarme por el buen sendero. A mis padres Elías y Corina que sin ellos nunca hubiese podido hacer realidad este sueño y culminar esta tesis con éxito. Abuelos Papagollo, Mamaria y Lucia por darme todo su apoyo y comprensión para la culminación de mi tesis. A mis Hermanos (as) amigos inseparables, por darme su ejemplo.
A mis Sobrinos para que les sirva como un buen ejemplo para el futuro que les espera. A Irma mi gran amor, por ser comprensiva y darme su apoyo con todo su amor.
A mis Tíos y primos por estar siempre a mi lado.
Al personal de la Gerencia de Planificación de CADELA por darme toda su confianza. A la ilustre Casa de estudios La Universidad de los Andes que nunca olvidare.
Y a todo aquel que me brindo su ayuda en la exitosa culminación de mi tesis y mi carrera.
vi
AGRADECIMIENTOS
A La Universidad de los Andes en donde tuve la oportunidad de mi formación como Ingeniero Electricista. A la Empresa CADELA y todo su personal que me dieron la oportunidad de cumplir con este requisito para optar por dicho titulo. A los profesores Ricardo Stephens, Ernesto Mora y demás profesores que componen la rama académica de nuestra casa de estudios la Universidad de los Andes por brindarme todo el apoyo y conocimientos para la conclusión de mi tesis. Al Ing. José Luis Moreno y la Ing. Evelin Parra (CADELA) por darme toda la ayuda y confianza para la realización y cumplimiento de lo acometido. Al Ing. Rafael Godoy, Despacho de Carga Valera (CADAFE), por su gran colaboración. Y a todos aquellos que de una u otra manera me brindaron su apoyo y ayuda para la culminación de mi tesis. De todo corazón Dios les pague.....
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INDICE GENERAL
INTRODUCCIÓN. ..................................................................................................... 1 CAPITULO I ............................................................................................................... 4
MARCO TEÓRICO. .................................................................................................. 4 1.1 Reseña histórica del Sistema Nacional de Potencia Venezolano......................... 4 1.2 Marco Teórico...................................................................................................... 5
1.2.1 Formulación clásica del problema de Flujo de Carga. ................................ 6 1.2.2 Clasificación de las barras........................................................................... 9
1.2.2.1 Barra de Carga o Barra PQ.............................................................. 9 1.2.2.2 Barras de Voltaje controlado o Barra PV........................................ 9 1.2.2.3 Barra de Referencia o de Compensación. ....................................... 9
1.2.3 Criterio de convergencia. ............................................................................ 9 1.2.4 Métodos de Newton Raphson. .................................................................. 10
1.2.4.1 Para la barra PQ. ........................................................................... 11 1.2.4.2 Para las barras PV. ........................................................................ 12 1.2.4.3 Para la barra Oscilante..... ............................................................. 12
1.2.5 Algunas limitaciones del método de Newton Raphson............................. 14 1.2.6 Formulación de problema de flujo de carga en el programa DIgSILENT
Power Factory. .......................................................................................... 15 1.2.7 Solución algorítmica para resolver el problema de flujo de carga mediante
el DIgSILENT........................................................................................... 16 CAPITULO II ........................................................................................................... 17
MANUAL DEL PROGRAMA DIgSILENT Power Factory PARA ANALISIS DE FLUJO DE CARGA........................................................................................... 17 2.1 Descripción del Programa DIgSILENT Power Factory..................................... 17
2.1.1 Apreciación General del Programa. .......................................................... 17 2.2 Descripción del Tutorial para la Inicialización del uso del Programa. .............. 18
2.2.1 Paso 0: Introducción al Proyecto Tutorial................................................. 18 2.2.2 Paso 1. Creación del Sistema de Potencia:................................................ 22
2.3 Pasos a seguir para ejecutar la base de datos del Sistema Interconectado Nacional mediante el Programa DIgSILENT Power Factory........................... 34 2.3.1 Para crear un nuevo usuario y activar la versión profesional.................... 34 2.3.2 Para crear el archivo de trabajo. ................................................................ 37 2.3.3 Para activar la base de datos...................................................................... 40 2.3.4 Como crear un nuevo Grid, un Study Case y un System Stage. ............... 42 2.3.5 Para dibujar el diagrama unifilar............................................................... 46
2.4 Como agregar un nuevo parámetro a la base de datos. ...................................... 47 2.4.1 Como crear una Nueva Barra. ................................................................... 49 2.4.2 Como crear una nueva línea. ..................................................................... 50 2.4.3 Como crear una nueva Carga. ................................................................... 54 2.4.4 Como crear un transformador. .................................................................. 55 2.4.5 Como crear un Generador. ........................................................................ 57
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2.4.6 Para calcular los parámetros de secuencia de una línea............................ 58 2.4.7 Para crear un equivalente Shunt para compensación de carga reactiva. ... 62 2.4.8 Para cambiar los valores de carga, generación, shunt y cualquier otro
parámetro que exista en la base de datos. ................................................. 63 2.5 Para visualizar la ventana de entrada Input........................................................ 66
2.5.1 El comando ed sh. ..................................................................................... 67 2.5.2 Comando ed ldf. ........................................................................................ 69 2.5.3 Comando ed shc. ....................................................................................... 69
2.6 Para ver la ventana de salida. ............................................................................. 71 2.7 Para cambiar los parámetros de los cuadros de resultados del diagrama
unifilar..... ........................................................................................................... 73 2.8 Recomendación para estudios mas avanzados con el Programa........................ 75 CAPITULO III .......................................................................................................... 77
ANÁLISIS DEL SISTEMA OCCIDENTAL DE POTENCIA 115KV................ 77 3.1 Descripción del Sistema Occidental de Potencia 115 KV. ................................ 77 3.2 Análisis del Sistema Occidental de Potencia bajo condiciones de Generación
total..................................................................................................................... 78 3.2.1 Análisis bajo la condición de carga y generación a la hora de más bajo
consumo 3am. ........................................................................................... 79 3.2.2 Análisis bajo la condición de carga y generación a la hora pico. ............. 84
3.3 Análisis del Sistema Occidental de potencia con solo tres Generadores en Planta Páez........ ............................................................................................................ 91 3.3.1 Análisis bajo la condición de carga y generación a la hora de más bajo
consumo 3am. ........................................................................................... 92 3.3.2 Análisis bajo la condición de carga y generación a la hora pico. ............. 96
3.4 Análisis del sistema de potencia con la interconexión con Colombia. ............ 101 3.5 Análisis General del Sistema Occidental de Potencia. .................................... 101 CAPITULO IV ........................................................................................................ 103
PROPUESTAS PARA EL MEJORAMIENTO DEL SISTEMA OCCIDENTAL DE POTENCIA 115KV UTILIZANDO EL PROGRAMA................................ 103 4.1 Propuestas para el mejoramiento del sistema Occidental de Potencia
115KV.................. ......................................................................................... ...103 4.1.1 Creación de una Subestación en Misoa 230KV para alimentar a la
Subestación Buena Vista 230KV con dos líneas de transmisión y eliminar la línea Morochas Buena Vista. .............................................................. 104 4.1.1.1 Análisis con dos máquinas en Planta Páez.................................. 104 4.1.1.2 Análisis con tres máquinas en Planta Páez. ................................ 107 4.1.1.3 Análisis con todas la máquinas en Planta Páez........................... 109
4.1.2 Creación de una línea en 230KV desde la subestación Acarigua y hasta la barra Barinas IV 230KV. ........................................................................ 111 4.1.2.1 Análisis con dos máquinas en Planta Páez.................................. 111 4.1.2.2 Análisis con tres máquinas en Planta Páez. ................................ 114 4.1.2.3 Análisis con todas las máquinas en Planta Páez. ........................ 116
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4.1.3 Interconexión de las dos propuestas anteriores con el sistema occidental de potencia. .................................................................................................. 118
4.2 Observaciones generales de los tres casos. ...................................................... 120 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.................................................... 122 5.1 Conclusiones. ................................................................................................... 122 5.2 Recomendaciones para el manejo y uso del programa y para las mejoras del
sistema Occidental de Potencia 115KV. .......................................................... 123 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. ................................................................. 124
ANEXOS. ........................................................................................................... 125
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INDICE DE TABLAS. Tabla 3.1. Valores de intercambio de potencia. .......................................................... 77 Tabla 3.2. Condiciones de Generación. ...................................................................... 78 Tabla 3.3. Condiciones de Carga. ............................................................................... 79 Tabla 3.4. Niveles de tensión en las barras. ................................................................ 80 Tabla 3.5. Barra por debajo del nivel mínimo. ........................................................... 81 Tabla 3.6. Resumen del área occidental de intercambio de Potencia. ........................ 81 Tabla 3.7. Flujo de potencia a través de las líneas de transmisión.............................. 82 Tabla 3.8. Flujo de carga a través de los transformadores. ......................................... 84 Tabla 3.9. Niveles de tensión en las barras mayor o igual que 0.9pu. ........................ 85 Tabla 3.10. Niveles de tensión en las barras menor que 0.9pu. .................................. 86 Tabla 3.11. Diferencia entre barras a las dos horas seleccionadas.............................. 87 Tabla 3.12. Diferencia entre los valores de carga. ...................................................... 88 Tabla 3.13. Resumen del área occidental de intercambio de Potencia. ..................... 88 Tabla 3.14. flujo de potencia a través de las líneas de transmisión. ........................... 89 Tabla 3.15. Flujo de potencia a través de los transformadores. .................................. 91 Tabla 3.16. Condiciones de generación con tres máquinas. ....................................... 91 Tabla 3.17. Niveles de tensión en la hora de más bajo consumo................................ 92 Tabla 3.18. Resumen del área occidental de intercambio de Potencia. ...................... 93 Tabla 3.19. Flujo de potencia a través de las líneas de transmisión............................ 94 Tabla 3.20. flujo de potencia a través de los transformadores. ................................... 95 Tabla 3.21. Niveles de tensión por encima de 0.9pu. ................................................. 96 Tabla 3.22. Niveles de tensión por debajo de 0.9pu. ................................................. 97 Tabla 3.23. Diferencia de voltajes en las dos horas. ................................................... 98 Tabla 3.24. Resumen del área occidental de intercambio de Potencia. ...................... 99 Tabla 3.25. flujo de potencia a través de las líneas de transmisión. ........................... 99 Tabla 3.26. flujo de carga a través de los transformadores. ...................................... 101 Tabla 4.1. Niveles de tensión en las barras. .............................................................. 105 Tabla 4.2. Diferencia de los niveles de tensión......................................................... 106 Tabla 4.3. Resumen total de área. ............................................................................. 107 Tabla 4.4. Niveles de tensión en las barras. .............................................................. 108 Tabla 4.5. Resumen total de área. ............................................................................. 109 Tabla 4.6. Niveles de tensión en las barras. .............................................................. 109 Tabla 4.7. Resumen total de área. ............................................................................. 110 Tabla 4.8. Niveles de tensión en las barras. .............................................................. 112 Tabla 4.9. Diferencia entre los niveles de tensión. ................................................... 113 Tabla 4.10. Resumen total de área. ........................................................................... 114 Tabla 4.11. Niveles de tensión en las barras. ............................................................ 115 Tabla 4.12. Resumen total de área. ........................................................................... 116 Tabla 4.13. Niveles de tensión en las barras. ............................................................ 117 Tabla 4.14. Resumen total de área. ........................................................................... 118 Tabla 4.15. Niveles de tensión en las barras. ............................................................ 119 Tabla 4.16. Resumen total de área. ........................................................................... 120
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INDICE DE FIGURAS. Figura 1.1. Balance de potencia en la barra i – ésima................................................... 7 Figura 2.1. Ejemplo de una carpeta activa “USER”. ................................................. 19 Figura 2.2. Ventana del comando ComNew. .............................................................. 19 Figura 2.3. Ventana de la rejilla “Grid” ...................................................................... 20 Figura 2.4. Ventana del área de trabajo después de la creación de un nuevo proyecto.
.............................................................................................................................. 21 Figura 2.5. Ventana para crear un Study Case. ........................................................... 22 Figura 2.6. Barra redimensionada. .............................................................................. 25 Figura 2.7. Tres barras y dos transformadores. ........................................................... 26 Figura 2.8. Posición de los Símbolos. ......................................................................... 27 Figura 2.9. Ventana para editar las barras................................................................... 28 Figura 2.10. Selección del tipo de barra...................................................................... 30 Figura 2.11. Ventana de opciones para el flujo de carga. ........................................... 32 Figura 2.12. Resultados del cálculo de flujo de carga................................................. 34 Figura 2.13. Ventana de dialogo de inicio del Programa........................................... 35 Figura 2.14. Ventana para activar la licencia. ............................................................. 36 Figura 2.15. Ventana para seleccionar donde se instala el Programa. ........................ 37 Figura 2.16. Ventana de la pantalla de inicio.............................................................. 38 Figura 2.17. Para abrir la nueva base de datos. ........................................................... 38 Figura 2.18. Ventana para la selección del usuario..................................................... 39 Figura 2.19. Ventana de selección de la base de datos. .............................................. 40 Figura 2.20. Ventana para activar la base de datos. .................................................... 40 Figura 2.21. Ventana con la base de datos activada.................................................... 41 Figura 2.22. Ventana de trabajo. ................................................................................. 42 Figura 2.23. Ventana para activar y desactivar el Study Case. ................................... 43 Figura 2.24. Ventana para crear el nuevo Grid, Study Case y System Stage. ............ 43 Figura 2.25. Ventana para definir el nombre del nuevo Grid. .................................... 44 Figura 2.26. Ventana para escoger en donde se quiere crear el nuevo Grid. .............. 44 Figura 2.27. Ventana del nuevo Study Case. .............................................................. 45 Figura 2.28. Ventana para crear el nuevo System Stage............................................. 45 Figura 2.29. Ventana para activar el nuevo System Stage.......................................... 46 Figura 2.30. Ventana de activación Drag & Drop. ..................................................... 47 Figura 2.31. Ventana para crear un nuevo objeto. ...................................................... 48 Figura 2.32. Ventana para escoger el nuevo elemento a crear.................................... 48 Figura 2.33. Ventana para introducir los datos de la barra. ........................................ 49 Figura 2.34. Ventana para definir un cubicle. ............................................................. 50 Figura 2.35. Ventana para introducir los datos nominales de la línea. ....................... 51 Figura 2.36. Ventana para escoger el tipo de línea. .................................................... 52 Figura 2.37. Ventana para introducir los datos nominales de la línea. ....................... 53 Figura 2.38. Ventana para introducir los datos nominales de la carga. ...................... 54 Figura 2.39. Ventana para introducir el nombre del transformador............................ 56 Figura 2.40. Ventana para definir el generador........................................................... 57 Figura 2.41. Ventana en donde se especifican los parámetros del generador............. 58 Figura 2.42. Ventana para introducir los parámetros básicos del conductor. ............. 59
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Figura 2.43. Ventana para definir una torre. ............................................................... 60 Figura 2.44. Ventana para introducir la geometría de la torre. ................................... 61 Figura 2.45. Ventana para crear el circuito para compensación Shunt. ...................... 62 Figura 2.46. Icono para selección del parámetro a variar. .......................................... 63 Figura 2.47. Ventana de parámetros a cambiar........................................................... 64 Figura 2.48. Ventana con todas las cargas del Sistema Nacional. .............................. 64 Figura 2.49. Selección de los valores a cambiar. ........................................................ 65 Figura 2.50. Ventana para escribir el nuevo valor que se requiere. ............................ 65 Figura 2.51. Ventana de selección del parámetro a modificar. ................................... 66 Figura 2.52. Ventana para visualizar la ventanilla Input. ........................................... 67 Figura 2.53. Ventana para escoger el tipo de análisis en la ventana de salida............ 68 Figura 2.54. Icono para realizar el calculo de flujo de carga. ..................................... 68 Figura 2.55. Ventana para el calculo de corto circuito. .............................................. 70 Figura 2.56. Ventana para mostrar el reporte de la zona calculada. ........................... 71 Figura 2.57. Ventana de salida minimizada. ............................................................... 72 Figura 2.58. Icono para maximizar la ventana de salida............................................. 72 Figura 2.59. Ventana de salida maximizada. .............................................................. 72 Figura 2.60. Ventana para escoger las unidades de los resultados.............................. 74 Figura 2.61. Ventana para escoger la unidad en que se quieren ver los resultados. ... 75 Figura 2.62. Unidades que se pueden visualizar. ........................................................ 75
xiii
RESUMEN.
APLICACIÓN DEL SOFTWARE DIgSILENT EL ANÁLISIS DE SISTEMAS DE
POTENCIA.
El presente trabajo de grado, trata de la aplicación del Software DIgSILENT Power
Factory versión 12.1, en el análisis del Sistema de Potencia Occidental de Venezuela
a nivel de transmisión 115KV, así como también la elaboración de un manual
introductorio para el aprendizaje y fácil manejo para el uso del Software.
Se hacen simulaciones del sistema de potencia Occidental, primero como actualmente
se encuentra en funcionamiento y luego se hace una proyección de la demanda para
simular unas propuestas de expansión del sistema de potencia para verificar si mejora
su perfil de voltaje y constatar la eficacia del programa.
DESCRIPTORES.
Sistemas de Energía Eléctrica – Análisis
Cota: * TK 1001 H 47
INTRODUCCIÓN.
La solución de los sistemas eléctricos de potencia, en régimen de estado permanente
trifásico balanceado de corriente alterna, es de principal importancia para la
planificación y operación de estos sistemas.
En general, el problema a resolver, consiste en determinar el perfil de voltaje del
sistema de potencia, es decir, el calculo de las tensiones asociadas a las diferentes
barras a lo largo del mismo, la distribución de potencia activa y reactiva en los
diferentes circuitos de transmisión y distribución del sistema para evaluar las perdidas
y el nivel de utilización de dichos circuitos, proponer y planificar cambios en un
sistema existente, tales como:
ØØ Nuevos sitios de generación.
ØØ Estimación del crecimiento de la demanda.
ØØ Nuevas localizaciones de líneas de transmisión.
ØØ Evaluación de contingencias en el sistema.
Es decir, la evaluación del sistema para diferentes condiciones de operación.
Este problema es conocido como Análisis de Flujo de Carga y en su formulación
básica, se considera la red de transmisión como lineal, balanceada y representada por
parámetros concentrados. Bajo tales hipótesis pareciera que la utilización de
cualquiera de los métodos de análisis convencionales de nodos y mallas, para calcular
corrientes o voltajes de interés a partir de un sistema lineal de ecuaciones complejas
será suficiente para resolver el problema planteado. Sin embargo, este procedimiento
directo no es factible ya que las cargas son representadas por potencias complejas y
no como impedancias. Además, el generador no se puede representar como una
fuente de voltaje convencional en el sentido de análisis de circuitos, sino que se
representa mas bien como una fuente de potencia.
Como se trata de un sistema trifásico balanceado, solamente es necesario resolver el
circuito monofásico, referido a la estrella equivalente, el cual generalmente es
conocido como el circuito de secuencia positiva y su solución practica es
particularmente del dominio exclusivo de los computadores digitales.
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En general, el problema básicamente consiste en formular un conjunto de ecuaciones
algebraicas no-lineales, a partir del método de la matriz de admitancias, el cual debe
ser resuelto por medio de técnicas del análisis mínimo. En el método clásico de flujo
de carga, este problema es resuelto por medio de la aplicación de la técnica de
Newton Raphson, la cual presenta una rata de alta convergencia, resultando un
algoritmo apropiado para el desarrollo de programas digitales comerciales, aplicados
al análisis de flujo de carga, siendo el DIgSILENT Power Factory 12.1 uno de los
mas usados a nivel mundial.
En el programa DIgSILENT Power Factory, el problema de flujo de carga es
formulado de manera diferente. En este caso, se obtienen dos conjuntos de ecuaciones
no-lineales. El primero representa la ley de Kirchoff, mientras que en el segundo se
definen las características de cada uno de los elementos del sistema de potencia.
Como estas ecuaciones son no-lineales, se resuelve al igual que en le algoritmo
clásico, numéricamente por medio del método no-desacoplado de Newton Raphson.
La solución del flujo de carga es esencial para la evaluación continua del sistema de
potencia. Escenarios alternativos son analizados utilizando numerosos flujos de carga
para condiciones normales y de emergencia. Las diferentes restricciones en los
elementos del sistema de potencia (Tales como capacidad limite de los generadores,
limites en los cambiadores de toma de los transformadores, limites térmicos en las
líneas de transmisión,...etc.) pueden ser considerados en cada caso.
En el presente trabajo se realizo un estudio de flujo de carga del Sistema Occidental
de Potencia de Venezuela, para la empresa CADELA, utilizando el programa
DIgSILENT Power Factory antes descrito, para diferentes condiciones de operación.
El estudio tuvo como objetivo el análisis del sistema actual y a partir de este se
simularon diferentes alternativas de interconexión, para mejorar el estado de
operación del sistema, las cuales fueron propuestas en común acuerdo con el cuerpo
de ingenieros de la Gerencia de planificación de la empresa CADELA.
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Otro de los objetivos del trabajo consistió en la realización de un manual de usuario
del programa DIgSILENT Power Factory, para la aplicación de la función de flujo de
carga del programa antes mencionado.
CAPITULO I
MARCO TEÓRICO.
1.1 Reseña histórica del Sistema Nacional de Potencia Venezolano.
La historia de la electrificación en Venezuela se inicia en el año 1888, cuando
de instaló en Maracaibo el primer sistema regular de alumbrado publico. Un
año después, Valencia pasa a ser la segunda ciudad del país en disfrutar de este
tipo de servicio.
Para 1946, año de la creación de la Corporación Venezolana de Fomento
(CVF), el sistema eléctrico venezolano se encontraba fraccionado, evidenciando
la necesidad de emprender de inmediato un estudio a fondo de las posibilidades
y potencialidades del sector.
En 1958 se creo la Compañía Anónima de Administración y Fomento Eléctrico
(CADAFE), como parte de un esfuerzo de la CVF para racionalizar la
administración y la operación de las 15 empresas dependientes del Estado que
estaban repartidas por todo el país.
Durante sus primeros 30 años, CADAFE obtuvo logros importantes y
desarrolló una infraestructura en la generación, transmisión y distribución que
permitió alcanzar un alto grado de electrificación del territorio.
La industria eléctrica venezolana cuenta con una capacidad nominal instalada
de 20,323 MW de los cuales el 65% lo constituyen en plantas hidroeléctricas
ubicadas en Guayana y en los Andes. El resto lo constituyen las centrales
termoeléctricas con turbinas a vapor y a gas, así como centrales diessel.
Las principales plantas eléctricas, tanto térmicas como hidroeléctricas, están
interconectadas mediante un sistema de líneas de transmisión y subestaciones
que operan a 765, 400 y 230 KV.
De las subestaciones se desprenden líneas a 138, 115, 69, 34.5 y 13.8 KV que
alimentan a mas de 3500 centros poblados donde habita el 95% de la población
del país.
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Sin embargo, la necesidad de aumentar significativamente la productividad,
agilizar la toma de decisiones, acercarse al suscriptor y mantener su perfil de
empresa líder en el sector eléctrico para beneficio de la provincia venezolana,
llevo a la compañía a replantear su estructura organizacional, por lo que a
principio de la década de los noventa inició una reorganización,
descentralización y reorganización con la finalidad de adecuarse a las nuevas
realidades nacionales para lograr mayor eficiencia operativa y la prestación de
un mejor servicio.
De este proceso surgieron las siguientes empresas regionales de distribución y
comercialización:
ØØ Compañía Anónima Electricidad de los Andes (CADELA).
ØØ Compañía Anónima Electricidad del Centro (ELECENTRO).
ØØ Compañía Anónima Electricidad de Occidente (ELEOCCIDENTE).
ØØ Compañía Anónima Electricidad de Oriente (ELEORIENTE).
Posteriormente, en octubre de 1998, se creo el Sistema Eléctrico de Monagas y
Delta Amacuro (SEMDA) convirtiéndose en la quinta filial de CADAFE.
En la actualidad existen 13 empresas de servicio eléctrico, de las cuales 8 son
de capital privado y 5 de capital público.
En este trabajo, se hace referencia a la filial que contempla la región de Los
Andes, es decir, CADELA; Su área de influencia comprende los estados
Mérida, Trujillo, Táchira y Barinas Atiende una demanda máxima de 752.6
MVA, representada por 520,084 suscriptores a través de 56 sub-estaciones.
1.2 Marco Teórico.
El problema de flujo de carga comprende el cálculo de los flujos de potencia y
las tensiones de un sistema de potencia para condiciones normales de operación
y de emergencia.
La solución del flujo de carga permite una evaluación continua del sistema de
potencia en las etapas de planificación y operación. Así, diferentes escenarios
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pueden ser analizados resolviendo numerosos flujos de carga, como se
mencionó anteriormente, para diversas condiciones.
Todas las restricciones especificadas en los diferentes elementos de un sistema
de potencia (Tales como límite de la capacidad de los generadores, límite en el
cambio de tomas de los Transformadores, límite térmico de las líneas de
transmisión, etc.) pueden ser consideradas en cada caso. Para su solución se
utiliza programas comerciales basados en su mayoría, en el algoritmo no
desacoplado de Newton Raphson, el cual presenta excelentes características de
convergencia. Entre estos programas se encuentra el DIgSILENT Power
Factory ampliamente utilizados a nivel mundial.
En la siguiente sección se presenta la formulación clásica del método y se
describe a groso modo el programa DIgSILENT Power Factory haciendo
particular referencia de solución del problema del flujo de carga al algoritmo de
solución adoptado por este programa.
1.2.1 Formulación clásica del problema de Flujo de Carga.
En la aplicación del método de la matriz de admitancia, aplicado a las
redes de potencia, la referencia para las magnitudes y los ángulos de los
voltajes son respectivamente tierra y el ángulo de una de las barras, el
cual normalmente se fija en cero.
Una corriente de nodo, representa la corriente neta inyectada a la red en
una barra dada, desde una fuente o carga externa a la red. A partir de esta
definición, una corriente entrando a la red desde una fuente, es positiva en
signo, mientras que una corriente saliendo de la red, a la carga, es
negativa y en consecuencia la corriente neta inyectada es la suma
algebraica de esas. De la misma manera se podrá hacer referencia a la
potencia neta inyectada en un nodo o barra. Así, de la barra mostrada en
la figura 1.1 se obtiene el siguiente balance de potencia:
( ) ( ) TiTiTiDiGiDiGiiii jQPSQQjPPjQPS +==−+−=+= (1.1)
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TRANSMISIONsTi=PTi+jQTi
PLi
QLiPLi
QLi
Figura 1.1. Balance de potencia en la barra i – ésima.
Donde:
iS = Potencia neta inyectada en la barra i-ésima.
Pi = Potencia activa neta inyectada.
Qi = Potencia reactiva neta inyectada.
PGi = Potencia activa generada.
QGi = Potencia reactiva generada.
PDi = Potencia activa absorbida por la carga.
QDi = Potencia reactiva absorbida por la carga.
TiS = Potencia compleja transmitida desde la barra i - ésima.
Debido a que las cargas, generalmente son representadas por una potencia
activa y reactiva constante, las corrientes inyectadas son determinadas en
términos de la potencia neta inyectada en las barras del sistema,
resultando un conjunto de ecuaciones no-lineales, el cual se puede
formular en el modelo matemático:
∑ ×== kik
i
ii VY
V
SI
*
*
(1.2)
Donde:
iI = Corriente neta inyectada en la barra i – ésima.
iS = Potencia neta inyectada en la barra i – ésima.
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iV = Voltaje de la barra i – ésima.
kV = Voltaje de la barra k – ésima.
ikY = Elemento de la matriz de admitancia.
Luego a partir de la ecuación (1.2) se puede escribir, para el conjunto de
ecuaciones:
∑=
××=n
k
kikii VYVS1
** (1.3)
En forma polar se tiene:
∑=
∠⋅⋅−∠=n
kkkikiii VYVS
1
*)()( ϕϕ (1.4)
∑ ∑∑= ==
−∠⋅⋅=∠⋅⋅=−∠⋅⋅=n
k
n
kikkikiikkiki
n
kikkikii VYVVYVVYVS
1 11
*)()()( ϕϕϕϕ
(1.5)
Igualando la parte real y la parte imaginaria en la ecuación (1.5), las
potencias activas y reactivas se pueden desacoplar en la forma siguiente:
( )∑≠=
++×=n
ikk
kikikikikiikisp VsenBGVGVP
1
2 .cos. θθ (1.6)
( )∑≠=
−+×−=n
ikk
kikikikikiikisp VBsenGVBVQ
1
2 .cos. θθ (1.7)
Donde:
kiik
kiik
kiik
ikik
sensen
jBGY
θθ
θθ
θθθ
=−=−=+=
coscos (1.8)
El sistema de ecuaciones no-lineales obtenido anteriormente se puede
resolver por medio del método iterativo de Newton Raphson no
desacoplado, el cual presenta buenas características de convergencia.
ULA INGENIERIA ELECTRICA
CADELA
9
1.2.2 Clasificación de las barras.
Para la formulación clásica del problema del flujo de carga por medio de
Newton Raphson, las diferentes barras de un sistema de potencia se
clasifican en:
1.2.2.1 Barra de Carga o Barra PQ.
Parámetros especificados: Pisp y Qi
sp
( ) ( ) spi
spi
spDi
spgi
spDi
spgi
spi jQPQQjPPS +=−+−= (1.9)
Parámetros desconocidos Vi y θi
1.2.2.2 Barras de Voltaje controlado o Barra PV.
Parámetros especificados: Pisp y Vi
sp
( ) ( )*. iisp
Disp
gisp
i IVREPPP =−= (1.10)
Parámetros desconocidos Qi y θi
1.2.2.3 Barra de Referencia o de Compensación.
Parámetros especificados: θisp y Vi
sp
Parámetros desconocidos Qi y Pi
Esta barra permite compensar las pérdidas de potencia activa y
reactiva en el sistema, las cuales son desconocidas en la etapa
previa a la solución del problema.
1.2.3 Criterio de convergencia.
Se calculan los errores en las potencias complejas en cada barra:
∑=
−+=−=∆n
ikki
spi
spiii
spii VYVjQPIVSS
1
***.. (1.11)
En forma desacoplada, se obtiene:
( )∑=
+−=∆n
kkikikikiki
spii VsenBGVPP
1
.cos. θθ (1.12)
( )∑=
+−=∆n
kkikikikiki
spii VBsenGVQQ
1
.cos. θθ (1.13)
En general, como criterio de convergencia se aplica: