SOLUCION APROXIMADA DEL FLUJO

DE CARGA

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA

ALUMNO

CARDONA ELIAS DAVID ENRIQUE

CE11005

PAIZ GARCIA, GUSTAVO EMMANUEL

PG08017

RAMIREZ DIAZ NELSON NOE RD07023

Ciudad Universitaria 12 de Enero de 2015

SISTEMA DE POTENCIA I

CATEDRATICO Ing. Luis Roberto Chevez Paz

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Contenido ......................................................................................................................................................................................................... 0

Objetivos ..................................................................................................................................................................................... 1

Introduccin .............................................................................................................................................................................. 1

Marco Terico ........................................................................................................................................................................... 2

Desarrollo del laboratorio ................................................................................................................................................... 5

Conclusiones ............................................................................................................................................................................ 12

Bibliografa ............................................................................................................................................................................... 12

Objetivos Desarrollar un ejemplo de flujo de carga en POWERWORLD SIMULATION Investigar las herramientas adecuadas para la resolucin de la simulacin Describir paso a paso la solucin del problema

Introduccin

El principal objetivo de un Sistema Elctrico de Potencia, es poder satisfacer la potencia demandada adems de entregar toda la informacin referente al sistema. Para ello es necesario determinar los parmetros del sistema, osea poder determinar tensiones de barra, corrientes de lnea, flujos de activos y reactivos, prdidas, as como tambin las respectivas regulaciones de tensin en algn punto en particular. La importancia de los Flujos de Carga (FC) o tambin llamados Flujos de Potencia, radica en

la correcta evaluacin del funcionamiento, control y planificacin de los SEP, de all la

necesidad de observar los distintos tipos de FC en Sistemas de Distribucin y conocer sus

caractersticas y diferencias con los usados en el anlisis de Sistemas de Transmisin.

El simulador PowerWorld trabaja con sistemas interconectados de corriente alterna, de alta

potencia y alta tensin, de corriente trifsica de 50 60 Hz y se representan los sistemas

mediante diagramas unifilares. Es un programa interactivo de sencillo uso que gracias al

empleo de animaciones y grficos permite un mayor entendimiento de las caractersticas del

sistema, problemas y restricciones, as como la forma de solucionar dichos problemas. Es por

estas razones que se decide trabajar con dicho simulador, debido a que es de fcil acceso,

gratuito y permite visualizar de manera real como se comportan los diferentes elementos

del sistema de potencia.

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Marco Terico El clculo de tensiones y flujo de potencia mediante computadoras para pequeos sistemas

de potencia es formidable, aunque manualmente puede ser hecho, pero la solucin de

grandes sistemas de potencia, y en algunas condiciones como requeridas por anlisis de

sistemas reales requieren de herramientas sofisticadas de clculo.

La primera solucin de flujo de potencia fue realizada con una computadora analgica para

propsitos especiales, denominados AC Network Analizer, desarrollados a fines de la

dcada de 1920. Los sistemas de potencia bajo estudio fueron representados por una red

equivalente a escala. Este equipo permiti el anlisis de una variedad de condiciones de

operacin y planes de expansin, pero el tiempo de preparacin era grande.

Debido a las grandes cantidades de equipos envueltos, solo alrededor de cincuenta network

analyzer estaban operativos a mediados de los cincuentas.

Las computadoras digitales comenzaron a emerger a finales de la dcada de los cuarenta,

como herramienta de clculo. Para la mitad de los aos cincuenta, computadoras digitales

de gran escala de suficiente velocidad y tamao para manejar los requerimientos de clculo

de sistemas de potencia fueron disponibles. Paralelo al desarrollo del hardware, algoritmos

eficientes para resolver las ecuaciones de redes fueron desarrollados. Ward y Hale

desarrollaron un muy til programa de flujo de potencia usando un procedimiento

iterativo de Newton modificado en 1956. Las aplicaciones del algoritmo iterativo de Gauss-

Seidel siguieron al poco tiempo. Las investigaciones continuaron y el mtodo de Newton

Raphson fue introducido en comienzos de 1960. Considerables investigaciones han sido

llevadas a cabo a lo largo del tiempo, para aumentar el rendimiento de esos algoritmos,

hacindolos ms robustos, y capaces de manejar componentes adicionales de sistemas de

potencia, y permitiendo tamaos ms grandes de sistemas de potencia.

Datos Asociados a las Barras

Cuando se realizan estudios de flujo de potencia, se especifican normalmente en las barras

del sistema los tipos de barras, que son cuatro:

Barra de Carga

Barra de Generacin

Barra Swing

Barra Desconectadas

Barra Flotante o Slack Bus

Es una barra que se especifica una tensin constante en magnitud y fase. El generador

efectivo en esta barra suministra las prdidas en el sistema de potencia, esto es necesario

porque el valor de las prdidas se desconoce hasta que se finalice el clculo de las

corrientes y esto no se puede lograr a no ser que una barra carezca de limitaciones de

potencia y pueda alimentar las prdidas del sistema.

La ubicacin de la Slack Bus puede complicar los clculos, pero siempre deben utilizarse la

barra que se aproxime a una barra de potencia infinita.

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Barra de Carga (PQ)

Es la barra donde se especifica la potencia aparente Sk = Pk jQk

Barra de Generacin (PV)

En este tipo de barra se especifica el valor de la tensin (en magnitud) y la potencia activa,

siendo muy comn que en estas barras se especifiquen los lmites a los valores de potencia

reactiva, dependiendo de las caractersticas de las mquinas.

Barra Desconectada

Una barra desconectada es una barra que esta temporalmente desenergizada, esta no es

incluida en la solucin del flujo de potencia y esta no debe tener lneas en servicio

conectada a ella.

Los trminos de barra de carga y barra de generacin no deben ser tomados literalmente,

una barra de carga es aquella que no posee generador, una barra de carga no

necesariamente debe tener carga; esta puede ser simplemente unos puntos de

interconexin de una o ms lneas de transmisin. Una barra de generacin puede tener

una carga conectada. La barra swing o slack, es un tipo especial de barra de generacin que

es necesaria para el proceso de solucin. Solo se emplea un swing bus en un sistema de

potencia. En las empresas elctricas, un gran generador (o el mayor) es tomado como la

slack bus, y en estudios industriales, la barra de alimentacin de la empresa de servicio es

tomado como barra oscilante. Las cargas es normalmente expresada en Mwatt y MVAR a

voltaje nominal, normalmente, la carga es tratada como MVA constante, que es

independiente del voltaje. En algunos casos, una componente de carga de corrientes

constante o impedancia constante puede ser incluida como la carga en funcin del voltaje.

Las cargas Shunt son dadas generalmente en MVAR a voltaje nominal.

Informacin Obtenida de los Estudios de Flujo de Potencia

Los estudios de flujo de potencia determinan los voltajes de las barras y los flujos en todas

las ramas (branch) para una condicin dada. Un flujo de potencia es una serie de calculo

hechos cuando ciertos parmetros son colocados a un valor diferente o configuracin de

circuito es cambiado por el cierre y apertura de breakers, agregando o removiendo una

lnea, etc. Los estudios de flujo de potencia son llevados a cabo para verificar la operacin

de un sistema existente es capaz de suplir la carga adicional o para verificar y comparar

nuevas alternativas de adicin al sistema de nuevas fuentes de poder, cargas o probar el

rendimiento del sistema.

Generalmente el estudio de ingeniera de potencia posee un conjunto predefinido de

criterios que deben ser cumplidos, estos incluyen los siguientes:

Criterios de Voltaje, como definido en IEEE Std 141-1993

Flujos de lneas y transformadores debe estar dentro de los lmites nominales trmicos.

Salida de potencia reactiva generada debe estar dentro de los lmites definidos por las

curvas de capacidad del generador.

El criterio de voltaje es usualmente dividido dentro de un rango de voltaje aceptable para

condiciones normales y un gran rango de voltaje aceptable para condiciones anormales. El

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criterio trmico de lneas y transformadores pueden tambin tener tal divisin

permitiendo una sobrecarga (overload) temporal debido a la constante de tiempo trmico

del equipo o capacidad adicional de transformadores con ventilacin forzada.

Un estudio normalmente comienza con la preparacin de los casos bases para representar

los diferentes modos de operacin del sistema o planta. La condicin de operacin

normalmente elegida es mxima carga. Cuando la mxima carga ocurre a diferentes partes

del sistema, algunos casos bases pueden ser necesarios.

Los casos bases deben representar las condiciones realistas de operacin. Condiciones

anormales y escenarios psimos sern agregados luego al estudio.

Los casos bases son analizados para determinar si los voltajes y flujos estn dentro del

rango aceptable. Si problemas de voltaje o sobrecarga son encontrados, cambios en el

sistema pueden ser hechos al dato de flujo de potencia, y el caso resuelto ver si los

cambios son efectivos en el remedio del problema. Para remediar problemas de bajo

voltaje, los siguientes cambios son posibles:

Incremento en el voltaje programado de los generadores

Adicin de capacitores Shunt.

Reconfiguracin del sistema, reubicando cargas o liberando cargas en las lneas.

Desconexin de reactores Shunt.

Adicin de lneas o transformadores.

Remediar lneas sobrecargadas o transformadores cargados, es la mayora de los remedios

aplicados.

Modelacin de la Red

En el estudio de flujo de potencia, se hace necesario simular cada elemento del sistema de

potencia a travs de su respectivo modelo equivalente, que para este caso son muy

sencillos. Es importante mencionar que se pueden utilizar modelos equivalentes sencillos,

cuando los clculos lo permitan, debido a que no reviste ninguna ventaja utilizar una

representacin exacta de los elementos del sistema, cuando las cargas solo se conocen con

una exactitud limitada. Anlogamente los modelos exactos y complejos solo se limitan para

objetivos muy especializados, donde la exactitud es clave, como en los estudios de

estabilidad. Es frecuente en los estudios de flujo de carga, despreciar la resistencia con solo

una pequea prdida de exactitud y un ahorro inmenso de clculos.

Generadores. Los generadores comnmente en los estudios de flujo de carga se

representan como fuentes de P-V P-Q. Los generadores se suelen representar por el

voltaje interno en serie con la impedancia apropiada.

Lneas de Transmisin. Las lneas de transporte poseen un modelo equivalente que

depende de la longitud de la lnea de transmisin; as las lneas cortas, cuya longitud es

menor a 50 millas (80Km.) se representan a travs de una reactancia nica serie; en

cambio las lneas de transmisin largas de longitudes mayores a 200 millas (320 Km.), por

lo general se modelan por un circuito

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Pi () equivalente. NOTA: Los cables tambin pueden ser representados por su modelo ,

pero con la impedancias apropiadas.

Transformadores. En los estudios de flujo de carga es comn representar el

transformador por medio de su reactancia de cortocircuito en serie con un transformador

ideal que toma en cuenta la posicin del cambiador de tomas. En el caso del transformador

de tres devanados en el que el terciario no tiene carga o posee una carga muy baja tambin

se representa por la impedancia de cortocircuito.

Desarrollo del laboratorio Primeramente desarrollaremos paso a paso el siguiente diagrama que se muestra en la

imagen 1 dndole seguimiento a los diagramas de carga.

Imagen 1

Esta simulacin se llevara a cabo mediante el programa POWERWORLD

PASO 1

Utilizando el powerworld para encontrar el flujo de potencia en el sistema, entonces

tenemos que primero, le damos File->New Case, un espacio de dibujo en blanco para lo

cual, nos auxiliamos para el dibujo de rejilllas, haciendo clic derecho en Oneline display

options, en esta parte nos aparece un dialogo con varios menus, seleccionamos Grid y

colocamos unos 10 espacios por divisin tal como se muestra en la imagen 3.

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Para poder iniciar en el rea de trabajo podemos ver como se debe de hacer en la imagen 2

damos un clic y se nos abrir el rea de trabajo ahora podemos comenzar a realizar los

siguientes pasos a ejecutar.

Imagen 2

Imagen 3

Paso 2

Primero colocamos los buses y especialmente el bus de compensacin que ingles se conoce

como slack. En la barra de men buscamos la siguiente opcin y damos click en Insert>Bus

el puntero tomara forma de cruz lo cual significa que est listo para poder colocar nuestro

bus de datos en la hoja de trabajo.

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De igual manera ponemos los otros buses, solo que no tenemos que seleccionar la casilla

slack, porque ya colocamos el primero, la numeracin prcticamente es automtica. Como

no tenemos valores base podemos seleccionar los que trae, como base el programa por

default.

Paso 3

Luego de haber colocado ponemos los generadores, en primer lugar ponemos el generador

del bus de compensacion, seleccionamos los submenus, haciendo clic derecho en el

generador y seleccionando Generator display information. En los submenus colocamos la

potencia maxima mucho mayor que el maximo consumo y el generador mas chico (G2).

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Tambien seleccionamos en el submenu de los datos de falla la potencia base como en 100

MVA.

Para el generador 2, solamente seleccionamos la potencia maxima y de salida como el dato

que se nos ha proporcionado y dejamos intacto la parte reactiva. De igual manera dejamos

la potencia base como 100 MVA.

Paso 4

Posteriomente colocamos las cargas, haciendo clic derecho en el menu load display

information, seleccionamos el valor de potencia real y reactiva tomando en cuenta que la

potencia base seleccionando en los generadores es 100 MVA. Tambien hay que seleccionar

la orientacion tal como hicimos con los generadores.

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Paso 5

Finalmente colocamos las lneas de transmisin:

Donde lo mas importante son los datos de las resistencias y reactancias en por unidad esto

es tomando como base los valores definidos en el bus y generador de compensacion. Como

no se proporcionan bases en este problema utilizamos los que trae por defecto y definimos

en por unidad la reactancia de las lineas.

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Paso 6

Luego nos pasamos al modo de corrida, donde nos aparecera un ambiente donde al darle

una solucion en un solo paso y correr la simulacion, nos calculara el flujo y nos mostrara

una animacion, que nos mostrara el flujo de potencia y la cargabilidad de las lineas, por

defaul solo muestra la potencia real y la carga de la linea en un porcentaje en diagrama de

pastel. Podemos visualizar el flujo de la potencia reactiva modificando la animacion que

trae por default:

Finalmente lo que realmente interesa, son las magnitudes de la potencia voltajes en los

nodos y desfases de estos con respecto al de compensacion, esto se puede visualizar en el

menu seleccionando ya sea en modo edit o run, ''Case Information>Power Flow List''. En

este caso el voltaje en magnitud y angulo, asi como los flujos de potencia de bus a bus y en

las lineas se muestran detalladamente.

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Conclusiones

El PowerWorld Simulator es un paquete interactivo de simulacin de sistemas de potencia, diseado para simular la operacin de sistemas de potencia de alta tensin en intervalos que van desde algunos minutos hasta varios das.

Los diagramas unifilares interactivos y animados le permiten al usuario visualizar la actividad del flujo de potencia permitiendo poder interpretar en forma sencilla los resultados de la solucin de los SEP

La simulacin de flujo de carga es una tcnica usada en las materias de la especialidad de ingeniera elctrica; tales como, sistemas de potencia I y II, sistema de distribucin, operacin de Sistemas de Potencia, entre otras.

Bibliografa

Sistemas Elctricos de Potencia Autor:

D. P. Kothari, I. J. Nagrath

http://www.powerworld.com/