preinforme-2-nota-4

Vista previa del material en texto

lOMoAR cPSD|3707762 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
lOMoAR cPSD|3707762 
Febrero de 2017. Universidad Tecnológica de Pereira. 
 
 
 
1 
 
2. Análisis de flujos de potencia 
 
Analysis of power flows. 
Luis Felipe Giraldo Mora Gr. 9 
Facultad de Ingenierías, Universidad Tecnológica de Pereira, Pereira, Colombia 
Correo-e: luisfeligiraldom@utp.edu.co 
 
 
Resumen— Este Preinforme contiene una introducción breve al 
análisis de flujos de potencia como también la resolución de las 
preguntas de la segunda práctica del laboratorio. 
 
Palabras Clave— Modelo, SEP, Diagrama Unifilar, Potencia, 
Simulación, Flujo de Carga, Análisis. 
 
 
I. INTRODUCCIÓN 
 
El flujo de potencia corresponde a uno de los estudios de mayor 
uso en el análisis de los Sistemas de Potencia (SP). Como su 
nombre lo indica, este estudio determina los flujos por los 
diferentes elementos de un SP. La importancia de establecer 
estos flujos radica en el hecho que a través de ellos se puede 
inferir el comportamiento del sistema, esto es, permite 
establecer, entre otros aspectos, si una línea de transmisión está 
sobrecargada, si existe problemas de estabilidad, si se requiere 
inyección de potencia reactiva, etc. 
 
Figura 1. Diagrama Unifilar simulado en NEPLAN. 
 
 
II. CONTENIDO 
 
1. Objetivos: 
• Conocer las opciones de simulación necesarias para 
correr un flujo de carga en NEPLAN. 
• Realizar un análisis de flujos de potencia sobre un 
sistema de prueba implementado en NEPLAN, usando 
el método de Newton Raphson y Flujo de Potencia 
DC. 
2. Preinforme: 
 
2.1. Investigue cómo se realizan flujos de potencia en el 
software NEPLAN. 
 
NEPLAN es un programa utilizado para analizar 
redes de distribución y transmisión que incluye 
herramientas para análisis flujo de potencia, 
transitorios y confiabilidad. Está orientado a objetos 
y tiene una GUI con gráficos de alta definición, 
además trabaja con una base de datos SQL y su 
interfaz tiene la capacidad de acoplarse a los Sistemas 
de Información Geográfica (GIS) y SCADA’s. 
 
Este software tiene una interfaz gráfica muy sencilla 
de manejar, viene configurado para realizar todos los 
procesos de forma automática, simplemente es 
necesario ingresar los datos de la forma adecuada 
teniendo en cuenta el tipo de ejercicio que se desea 
simular, si es de estado estable o un análisis de 
cortocircuito, entre otros. La pequeña complejidad 
yace entonces en cómo ingresar los datos al sistema 
y realizar la debida conexión del diagrama unifilar 
como el que se ilustra en la figura 1. Una vez hecho 
esto, se selecciona para nuestro caso de estudio, flujo 
de carga y finalmente se corre la simulación. 
 
2.2. Explique el método de Newton Raphson para 
resolver el flujo de potencia AC 
 
El problema del flujo de carga congrega un conjunto 
de ecuaciones no lineales que dificultan predecir si un 
sistema tiene solución y si esta es única, aunque 
dichas ecuaciones sean linealizadas. El SP por tanto 
tiene una categorización en sus nodos, para 
determinar las variables de interés y armar el 
algoritmo matemático más óptimo para su resolución. 
Sin embargo, como se explicó al principio, es 
imposible resolver estos sistemas con métodos 
lineales por lo cual se hace uso del método de Newton 
Raphson el cual describe los siguientes pasos: 
- Se pasa el sistema a en por unidad con fines de 
simplicidad a la hora de resolver el problema. 
- Se determina la matriz Ybus. 
mailto:luisfeligiraldom@utp.edu.co
 
lOMoAR cPSD|3707762 
 
 
 
 
 
 
2 Febrero de 2017. Universidad Tecnológica de Pereira. 
- Se definen los nodos del sistema y se determinan 
las variables conocidas y desconocidas. 
- Se sacan las ecuaciones útiles del sistema a las 
cuales se les realizará el proceso iterativo 
- Se determina el jacobiano del sistema en forma 
general. 
- Se definen los límites restrictivos del sistema y 
el mínimo error de las soluciones del mismo. 
- Se realiza la primera iteración alrededor de 
voltajes y ángulos planos con el fin de idealizar 
el sistema en un principio y movernos a partir de 
él. 
- Se renuevan los valores iniciales y se actualiza el 
jacobiano, como paso opcional se evalúan los 
valores iniciales en las ecuaciones útiles del 
sistema para determinar si convergen. 
- En caso de no converger, volver a iterar. 
- Repetir los pasos hasta que el sistema converga. 
 
2.3. Explique el método de flujo de potencia DC 
 
El flujo de potencia DC linealiza las ecuaciones de 
balance nodal empleando la expansión en serie de 
Taylor. La serie de Taylor expande una función f(x) 
en la vecindad de los valores iniciales a través de una 
serie, la cual corresponde a una consideración 
aproximativa de una ecuación de primer orden 
(lineal). El flujo de potencia DC desprecia las 
resistencias y efectos capacitivos del sistema por lo 
cual reduce la complejidad del ejercicio. 
 
Este algoritmo es empleado cuando se requiere una 
estimación rápida de las fases de los voltajes nodales 
y cuando la magnitud del voltaje nodal no es 
relevante. Estas fases permiten estimar rápidamente 
el flujo de potencia por un elemento serie, línea de 
transmisión o transformador. 
 
2.4. Explique el método de flujo de potencia desacoplado 
M y N por lo cual desacopla la relación que existe en 
la potencia activa y la magnitud de los voltajes 
nodales, al mismo tiempo desacopla la relación que 
existe entre la potencia reactiva y la fase de los 
voltajes nodales. 
El desacople implica, por tanto, menor esfuerzo 
computacional pues requiere calcular menos 
elementos para el jacobiano. 
 
2.5. Para un sistema de 3 nodos con 2 generadores y una 
carga plantee las ecuaciones de flujo de potencia AC 
y DC 
 
El sistema implementado será el siguiente: 
 
 
Figura 2. Sistema de 3 nodos. 
 
 
Del cual se obtiene la siguiente tabla: 
 
Nodo Tipo 
Variables 
conocidas 
Variables 
desconocidas 
Ecuaciones 
útiles 
1 SL 
V1, θ1, 
Pd1, Qg1 
Pg1, Qg1 0 
2 PQ 
Pd2, Qd2, 
Pg2, Qg2 
V2, θ2 ΔP2 
3 PV 
Pd3, Pg3, 
Qd3, V3 
Qg3, θ3 ΔP3, ΔQ3 
 
Por lo tanto, las ecuaciones útiles del sistema serán 3, 
ΔP2, ΔP3 y ΔQ3 donde en forma general, tenemos: 
𝑛 
Esta variación del método de Newton Raphson ΔPi = 𝑃 − 𝑉 ∑ 𝑉 (𝐺 cos(θ − θ ) + 𝐵 sin(θ − θ )) 
considera lo siguiente: 
La resistencia en líneas de transmisión de alta tensión 
es pequeña comparada con su reactancia y de hecho 
𝑖 𝑖 𝑗 
 
𝑗=1 
𝑛 
𝑖𝑗 𝑖 𝑗 𝑖𝑗 𝑖 𝑗 
podría ser despreciada en la mayoría de estudios de 
sistemas de potencia. Por lo tanto, la primera 
componente del elemento Mij es aproximadamente 
cero puesto que el elemento Gij se puede despreciar. 
La diferencia angular entre los voltajes nodales en un 
sistema de potencia de alta tensión generalmente es 
pequeña en estado estable, por lo general menor de 
10 grados (0.17 radianes). Por lo tanto, la segunda 
componente del elemento Mij es aproximadamente 
igual a cero pues corresponde al seno de una pequeña 
diferencia angular. 
Por tanto en la matriz del jacobiano aparecen como 
cero los elementos de la diagonal de las submatrices 
ΔQi = 𝑄𝑖 − 𝑉𝑖 ∑ 𝑉𝑗(𝐺𝑖𝑗 sin(θ𝑖 − θ𝑗 ) − 𝐵𝑖𝑗 cos(θ𝑖 − θ𝑗 )) 
𝑗=1 
 
 
 
 
2.6. Investigue como se realiza un flujo de potencia con 
Matpower 
 
MATPOWER es un paquete de MATLAB® M-files 
para resolver el flujo de potencia y problemas 
óptimos de flujo de potencia. Se pretende que sea una 
herramienta de simulación para investigadores y 
educadores que sea fácil de usar y modificar. 
MATPOWER está diseñado para dar el mejor 
rendimiento posible, manteniendo el código simple 
 
lOMoAR cPSD|3707762 
 
 
 
 
 
Febrero de 2017. Universidad Tecnológica de Pereira. 3 
de entender y modificar. Inicialmente se desarrolló 
como parte del proyecto PowerWeb. 
 
Ejecutando MATPOWER: 
 
Para ejecutar un flujo depotencia simple de Newton 
en el sistema de 9 bus especificado en el archivo 
case9.m, con las opciones de algoritmo 
predeterminadas, en el indicador MATLAB, escriba: 
 
Runpf ('caso9') 
Para cargar los datos del sistema de 30 bus desde 
case30.m, aumente su demanda de potencia real en el 
bus 2 a 30 MW, luego ejecute un flujo de energía 
óptimo de AC con las opciones predeterminadas, 
escriba: 
 
Define_constants; 
Mpc = carcasa de carga ('case30'); 
Mpc.bus (2, PD) = 30; 
Runopf (mpc); 
 
De forma predeterminada, los resultados de la 
simulación son bastante impresos en la pantalla, pero 
la solución también se puede devolver opcionalmente 
en una estructura de resultados. El siguiente ejemplo 
muestra cómo es sencillo, después de ejecutar una 
OPF de CC en el sistema de 118 bus en case118.m, 
acceder al valor final de la función objetivo, la salida 
de potencia real del generador 6 y el flujo de potencia 
en la rama 51. 
 
results = rundcopf('case118'); 
final_objective = results.f; 
gen6_output = results.gen(6, PG); 
branch51_flow = results.branch(51, PF); 
 
Para obtener información adicional, consulte el 
Manual del usuario de MATPOWER y la 
documentación de ayuda en línea para las distintas 
funciones de MATPOWER. Por ejemplo: 
 
help runpf 
help runopf 
help mpoption 
help caseformat 
 
 
III. CONCLUSIONES 
 
❖ En estudios de sistemas eléctricos de potencia es muy 
importante conocer los distintos métodos de solución 
numérica para ecuaciones no lineales. 
 
❖ Existen software de computación muy potentes que 
nos pueden ayudar a simplificar considerablemente el 
cálculo matemático de estas variables de interés. 
 
REFERENCIAS 
P 
1] CURSO ANALISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA 
Harold Salazar Isaza, PhD. 
 
[2] FLUJO DE CARGAS OPTIMO PROBABILISTICO 
http://e-archivo.uc3m.es/bitstream/handle/10016/12830/PFC- 
POPF-Rafael_Heras_Martin-vf.pdf?sequence=1 
 
[3] MATPOWER 
http://www.pserc.cornell.edu//matpower/ 
http://e-archivo.uc3m.es/bitstream/handle/10016/12830/PFC-
http://www.pserc.cornell.edu/matpower/