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3. CYMDIST
El programa de anlisis de redes de distribucin CYMDIST de la compaa CYME
Internacional T&D ha sido diseado para realizar estudios de planeamiento y simular el
comportamiento de las redes de distribucin en distintas condiciones de funcionamiento
y distintos escenarios.
Estos estudios se pueden realizar en sistemas monofsicos, bifsicos y trifsicos ya sean
estos equilibrados o desequilibrados e independientemente del tipo de configuracin de
la red. El programa CYME permite modelar en detalle cualquier red de distribucin, de
transporte o industrial. Para lograr una representacin de la red an ms realista, las
funcionalidades de modelacin estn respaldadas por bibliotecas de equipos
normalizados de la industria y de control que el usuario puede mejorar.
El Editor de redes elctricas del programa CYME es un editor de red de gran
flexibilidad, por tanto, es una de las herramientas de ingeniera ms amigables y
poderosas disponibles actualmente en el mercado.
El programa CYMDIST permite realizar una serie de anlisis a las redes elctricas
simuladas como son:
Flujo de carga
Anlisis de cortocircuito
Anlisis de flujo de falla
Crecimiento de carga
Configuracin optima
Distribucin de carga
Los diferentes anlisispueden ejecutarse en sistemas de distribucin equilibrados o
desequilibrados, con diferentes combinaciones de fases y configuraciones.
Adems el programa ofrece varios modelos de reportes para todo tipo de anlisis. Se
puede combinar o crear nuevos reportes, utilizar cualquier variable del programa
CYMDIST, crear sus propias expresiones matemticas usando cualquier variable, se
puede exportar a Microsoft Excel los resultados de los reportes, adems permite definir
los resultados de los anlisis en reportes Web.
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El programa tambin permite graficar los resultados de simulacin de los alimentadores
o de un nudo, tramo o grupo de tramos seleccionado.
Los mens de las funciones de anlisis de CYME se presentan en una interfaz grfica defcil manejo con una ayuda contextual en lnea.
La interfaz est compuesta por una barra de mens principal en la parte superior, una
barra de herramientas debajo de la barra de mens principal, la pantalla principal donde
se muestra la red en estudio, una barra de exploracin de la red mostrada a la izquierda
y una tabla de reportes en la parte inferior, tal como se muestra en la Figura 10.
Figura 10: Interfaz de CYMDIST.
3.1 Anlisis de Flujo de Carga
Este apartado se centra en el anlisis de flujo de carga ya que es el anlisis que se va a
llevar a cabo en este proyecto.
El anlisis de flujo de cargas tiene por objetivo analizar el desempeo en rgimen
permanente del sistema de potencia bajo diversas condiciones de funcionamiento. Es la
herramienta de anlisis de base para el planeamiento, diseo y operacin de cualquier
sistema elctrico de potencia.
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El mtodo de resolucin que lleva a cabo Cymdist tanto para redes equilibradas como
para redes desequilibradas es el mtodo de cada de tensin basado en las iteraciones de
corrientes.
Figura 12: Ventana del mdulo Flujo de carga
3.1.1 Descripcin del mtodo de Cada de Tensin
Es conveniente realizar el anlisis de flujo de carga de un alimentador de distribucin
radial haciendo uso de una tcnica iterativa especficamente diseada y optimizada para
redes radiales o ligeramente malladas. El mtodo de anlisis de cada de tensin incluye
un algoritmo completo equilibrado trifsico que calcula las tensiones de fase (VA, VB y
VC), los flujos de potencia y las corrientes incluyendo la corriente neutra.
La tcnica de clculo de cada de tensin calcula las tensiones y flujos de potencia en
cada tramo en 10 o menos iteraciones. El clculo devuelve los resultados cuando
ninguna tensin calculada de cualquier tramo de la red seleccionada cambia de una
iteracin a la siguiente de ms que la tolerancia de clculo. La tolerancia de calculo
usada por defecto es de 0.1%.
Sin embargo, en ciertos casos es posible que el clculo no converja a una solucin
debido a datos errneos como una impedancia demasiado elevada o a una configuracin
peculiar de red.
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Si durante el proceso de clculo, la tensin de un tramo disminuye debajo del umbral de
tensin especificado, en la prxima iteracin todas las cargas de dicho tramo se
convierten en impedancias constantes. Convertir la carga de este modo no afecta los
datos de la carga de manera permanente. Es solo una manera de ayudar a que el clculoconverja en una solucin en vez de no dar ningn resultado. Cuando se opta por
ejecutar una cada de tensin equilibrada, el clculo se ejecuta con la carga en cada
tramo presumiendo que est igualmente distribuida entre las fases disponibles.
3.1.2 Tratamiento equilibrios/desequilibrios
Cymdist permite realizar el flujo de carga equilibrado aunque la red est desequilibrada,
para ello antes de la realizacin de dicho flujo de carga ha de convertir la red en
equilibrada.
Esta conversin la realiza Cymdist de la siguiente forma: en los nudos donde se
encuentran conectadas diferentes cargas de forma que en ese nudo la carga total
conectada es desequilibrada, Cymdist suma el valor de las cargas conectadas y el
resultado de dicha suma lo divide entre el nmero de fases. El valor obtenido es el valor
que asigna Cymdist a la carga conectada en cada una de las fases en dicho nudo.
Ejemplo: En un nudo se encuentran conectadas una carga trifsica de 15 kVA y una
carga monofsica de 3 kVA.
(1)
Para la realizacin del flujo de carga equilibrado Cymdist supone que en ese nudo cada
fase tiene conectada 6 kVA.
3.1.3 Problemas de convergencia del anlisis de flujo de carga
El anlisis de flujo de carga cuando se realiza para redes desequilibradas de tipo radial
presenta problemas de convergencias importantes.
En la red objeto de estudio de este proyecto se da este problema de convergencia, siendo
necesario elevar la tolerancia a valores del orden del 17 % para algunos casos para que
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se pueda alcanzar la convergencia, esta situacin no permite dar fiabilidad a los datos
obtenidos en el reporte obtenido a realizar el anlisis de flujo de carga desequilibrado.
En concreto el equipo ms problemtico en esta red es el transformador conectado en la
cabecera de la red objeto a estudio, ya que si se procede a su eliminacin conectando
directamente las diferentes lneas de la red a la fuente, como se muestra en la Figura 13,
desaparece el problema de la convergencia. Esto va a influir enormemente en el
desarrollo del proyecto al hacer necesario el uso de otros programas para modelar el
transformador.
Figura 13: Red sin transformador.
3.2. Cdigo adicional en Matlab
Ante el caso de falta de convergencia del mdulo de flujo de carga del programa
Cymdist y al haber comprobado que el principal problema se daba en el transformador
que contiene la red se ha optado por modelar el transformador a travs del programa
Matlab para poder as obtener datos fiables de dicho transformador mediante el
tratamiento de ste en los barridos de aguas arriba.
Para dicho proceso se ha tenido en cuenta que se trata de un transformador de 20 kV/
400 V con una conexin Dyn11, ya que es transformador ms comn en este tipo de
redes. Entre sus principales caractersticas se encuentran:
- Disponibilidad del neutro en Baja Tensin.
- Admite desequilibrios: - No genera terceras armnicos de tensin.
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Figura 14: Esquema de un transformador Dyn11.
El desfase horario que se da en este tipo de transformadores se muestra en la Figura 15:
Figura 15: Diagrama fasorial de las tensiones de lnea del transformador Dyn11.
Teniendo en cuenta el desfase horario las tensiones de fase del primario quedan
definidas de la siguiente manera:
Las tensiones de lnea del primario se definen en las ecuaciones (6), (7) y (8):
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La relacin de transformacin monofsica no es ms que la relacin del nmero de
espiras de las bobinas del primario y del secundario, que stas a su vez se relacionan
con las tensiones de lnea del primario y las tensiones de fase del secundario como se
muestra en la siguiente ecuacin (9).
La relacin trifsica es la relacin de las tensiones de fase del primario y del secundario
como se muestra en la ecuacin (10).
Por lo cual se puede afirmar:
Para el caso concreto del transformador de la red objeto de estudio la relacin
monofsica tiene un valor de:
A continuacin se debe proceder al barrido de aguas arriba de las intensidades y al
clculo de la intensidad del secundario del transformador. Pero este calculo no es
necesario ya la herramienta Cymdist ofrece dichos datos a realizar el anlisis de flujo de
carga
Las intensidades proporcionadas por Cymdist son las que circulan por el tringulo del
transformador, realizando un barrido aguas debajo de tensiones se puede calcular la
cada de tensin en la impedancia de cortocircuito del transformador a partir de dichas
corrientes:
Y, teniendo est cada se puede calcular la tensin que realmente transforma el
bobinado:
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La tensin en el secundario del transformador es por tanto:
El cdigo implementado en Matlab se encuentra en el anexo 3.
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