estabilidad de la tensión oct 2015v2

8/19/2019 Estabilidad de la Tensión Oct 2015v2

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ESTUDIO DE LA ESTABILIDAD DE TENSIÓN EN SISTEMASDE POTENCIA USANDO EL PROGRAMA NEPLAN.

María Zuleima Pérez Roa

Magister en Ingeniería Eléctrica, Docente Agregado del Departamento de Electrónica delInstituto Universitario de Tecnología Agro-IndustrialSan Cristóal Estado T!c"ira, #ene$uela%

&uleima'(%pere$)gmail%com

RESUMENEn este traa*o se muestra una metodología para el estudio de la estailidadde la tensión en sistemas eléctricos de potencia, asada en la Curvas +-# Curvas #-, así como, los .undamentados en matri$ /acoiana reducidacomo son, an!lisis de sensiilidades #- an!lisis modal% Estos métodosusan índices 0ue permiten conocer las arras críticas del sistema la toma

de decisiones ante .enómenos de inestailidad%El procedimiento se aplicó al caso de estudio, sistema de 12 arras de laIEEE% 3a simulación de las di.erentes técnicas se reali$a con el programa+lani.icación de 4edes 56E+3A6, por sus siglas en inglés7% 3os resultadosotenidos en el caso de estudio utili$ado, son adecuados los mismos.ueron validados con la literatura revisada%

Palara! "la#e!$ Estailidad de la tensión, An!lisis de sensiilidad #-, An!lisis Modal -#, curvas +-# #-%

INTRODUCCIÓN

3a estailidad de tensión en sistemas de potencia, "a sido reconocido como

un prolema de gran importancia para la operación segura desde la segunda

década del siglo 88, e9iste gran cantidad de e*emplos de colapsos de

tensión, presentados a nivel mundial 5:undur, Talor, entre otros "acen

re.erencia a los mismos7% Todos estos eventos dieron origen a

investigaciones 0ue "an permitido el desarrollo de metodologías para

detectar, predecir simular el comportamiento del sistema, ante régimen

nominal la presencia de contingencias% Estos métodos de estudio re0uierende in.ormación del sistema, tal como, topología, modelos par!metros del

sistema de potencia, para la aplicación desarrollo de técnicas

computacionales, cuos resultados muestran el estado, m!rgenes límites,

en el cual opera el sistema, lo 0ue permite la toma de decisiones para

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]



prevenir prolemas de inestailidad, al presentarse alguna contingencia ;1,<,

=,2>? da una visión gloal de la estailidad de la tensión del sistema de

potencia%

El uso de programas de cómputo en el estudio del comportamiento de los

sistemas de potencia "ace posile tomar medidas para aumentar la

disponiilidad la con.iailidad al disminuir el tiempo en 0ue el sistema est!

.uera de servicio por .allas% El programa 6E+3A6, permite el estudio est!tico

din!mico de los sistemas de potencia, es de particular interés el módulo de

estudio de estailidad de tensión, mediante las metodologías tales como,

curvas +-# curvas #- 0ue permiten determinar los límites de cargailidaden estado estale las asadas en la matri$ /acoiana reducida@ an!lisis de

sensiilidad #-, an!lisis modal -#%

Este traa*o tiene como o*etivo pro.undi$ar los conocimientos en algunas

metodologías para reali$ar estudios de estailidad de tensión%

DESARROLLO.

En la iliogra.ía se encuentra gran cantidad de de.iniciones clasi.icaciones

de estailidad, todas toman en cuenta la con.iguración del sistema el modo

de operación% Cuando el mismo est! su*eto a perturaciones, la estailidad

del sistema depende de las condiciones iniciales de operación, así como de

la naturale$a da la perturación ;,(>%

Se de.ine la estailidad de un sistema de potencia como la capacidad 0ue el

Sistema tiene de mantener un punto de e0uilirio sore condicionesnormales de operación permanecer en un estado aceptale de operación

después de "aer su.rido una perturación ;B>%



Un posile resultado de la inestailidad de tensión es la pérdida de carga en

un !rea, o las .allas en líneas de transmisión otros dispositivos, entrando a

actuar los dispositivos de protección la interrupción del servicio de

electricidad% Ciertos .actores prevalecen en estos incidentes como son,sistema en condiciones de sorecarga, los m!rgenes tanto de potencia

activa como de potencia reactiva se encuentran mu cercanos a sus límites

tolerales? en condición de pre-contingencia, el sistema se encuentre

operando sin algn elemento, tal como, un generador, un trans.ormador o

una línea de transmisión% Entre algunas soluciones 0ue se plantean para la

recuperación del e0uilirio del sistema de potencia est! el redespac"o de

generación, la compensación de reactivos mediante el uso de generadoressincrónicos, compensadores est!ticos de reactivos, control de tensión

descone9ión de carga%

Me%o&olo'ía &e a()li!i! &e la e!%aili&a& &e #ol%a*e.

+ara audar a comprender la estailidad de tensión se estalece siete pasos

para su estudio ;1,2>@

1% Estalecer un caso ase%

<% Selección de una lista de posiles contingencias para las cuales laestailidad de tensión puedan ser puesta a pruea%

=% De.inición de los par!metros del sistema criterios de estailidad,

para el c!lculo del margen de estailidad de tensión para todos los

casos de contingencia%2% An!lisis Modal%% C!lculo de los .actores de participación%(% C!lculo de los índices m!rgenes de estailidad de tensión%B% Selección de contingencias, nodo a compensar $ona m!s

vulnerale%

Pro'rama NEPLAN +ara el a()li!i! &e la e!%aili&a& &e %e(!i,(.

El programa +lani.icación de 4edes 56E+3A67, permite el estudio

planeamiento de redes eléctricas, gas agua% +ara el estudio de redes



eléctricas dispone de varios módulos, siendo de particular interés el módulo

de estailidad de tensión, el cual usa cuatro métodos para su estudio@

an!lisis de sensiilidad #-, an!lisis Modal -#, curvas +-# curvas #-%

3os resultados del programa se pueden otener por talas o gr!.icos% 3osdatos, se puede llevar a E9cel gra.icar con otros programas, adem!s se

pueden e9portar a otros programas como +SSE o ase de datos S3%

A()li!i! &e !e(!iili&a& -/.

Esta técnica se asa en el an!lisis de la variación de la tensión con respecto

a la potencia reactiva para determinar los m!rgenes límites de la

estailidad de la tensión, así como las !reas $onas m!s sensiles delsistema ;>%

1Δ V = J ΔQ

R

− 527

Δ V

@ Camio incremental en la magnitud del volta*e de nodo 5vector7%

ΔQ

$ Camio incremental en la inección de potencia reactiva en el nodo

5vector7%

JR

$ Matri$ /acoiana reducida%

3os elementos de la inversa de la matri$ /acoiana reducida

JR

son las

sensiilidades #-% 3os componentes de la diagonal son las auto-

sensiilidades, los elementos .uera de la diagonal son las sensiilidades

mutuas FV i FQi % 3as sensiilidades de los nodos con control de tensión son

iguales a cero%

Sensiilidades positivas indican 0ue el sistema es estale, a menor

sensiilidad m!s estale es el sistema% Sensiilidades negativas operación

inestale no se puede e*ercer control alguno sore el sistema, a 0ue todos

los dispositivos de control de potencia reactiva est!n diseGados para operar

satis.actoriamente cuando un incremento en ocasiona un incremento en #%



A()li!i! Mo&al /-.

Este método se emplea para determinar las !reas m!s déiles del sistema

con respecto a la estailidad de la tensión para otener in.ormación con

respecto a los mecanismos de la inestailidad de la tensión por medio del

c!lculo de .actores de participación de la matri$ /acoiana reducida 5

J R

0 en

un sistema eléctrico de potencia ;1,H>%

/4 J ⋅K⋅ L 57Dónde@

K@ Diagonal de valores propios de la matri$

J @ Matri$ de vectores propios derec"os

K@ Matri$ de vectores propios i$0uierdos

Ji @ iésimo vector propio derec"o, iésima columna de la matri$ de vectores propios

derec"os%

Li @ iésima vector propio i$0uierdo, iésima .ila de la matri$ de vectores propios

i$0uierdos%

3os valores propios positivos indican el sistema es estale, su magnitud es

una medida relativa de la pro9imidad a la inestailidad% #alor propio cero, el

sistema colapsa valores negativos, el sistema es inestale%

1a"%ore! &e +ar%i"i+a"i,( &e lo! (o&o!% 3a participación relativa de un

nodo en un cierto modo est! dada por el .actor de participación del nodo% 3os

.actores de participación identi.ican las !reas déiles de volta*e% 3a magnitud

de la participación de un nodo en un modo dado es un indicativo de la

e.ectividad de las medidas remediales aplicadas a ese nodo para estaili$ar el modo%

1a"%ore! &e +ar%i"i+a"i,( &e la! rama!$ indican, para cada modo, las

ramas 0ue consumen m!s potencia reactiva, en respuesta a un camio



incremental en la carga reactiva% 3as ramas con altas participaciones son

enlaces déiles o son ramas altamente cargadas% 3as participaciones de las

ramas son tiles para identi.icar las medidas remediales 0ue permiten

corregir prolemas de estailidad de tensión para seleccionar contingencias%

1a"%ore! &e +ar%i"i+a"i,( &e lo! 'e(era&ore!$ indican, para cada modo,

los generadores 0ue suministran m!s potencia reactiva, en respuesta a un

camio incremental en la cargailidad reactiva del sistema% Estos .actores

dan in.ormación respecto a la distriución de reservas de reactivos entre

todas las m!0uinas, con el o*eto de mantener un margen adecuado de

estailidad de tensión%

Cur#a! P-.

3as curvas +-# son el resultado de una serie de soluciones de .lu*o de carga

donde se aumenta gradualmente la potencia "asta el punto en 0ue las

soluciones en los .lu*os de carga divergen, este punto de divergencia o punto

crítico, est! cercano al punto de colapso de tensión% En la .ig% 1 se muestra el

punto de operación estale, para una tensión V 0 una potencia activa P 0 , ellímite de potencia dado a una tensión crítica, esto corresponde a la potencia

m!9ima de operación estale del sistema de potencia, para valores in.eriores

de tensión a la crítica en sistema se vuelve inestale%



ig% 1 Características generales de una curva +-# ;1'>%

3as curvas +-# se utili$an para determinar el límite de estailidad de tensión

en estado estacionario de un sistema de potencia% 3a distancia "ori$ontal

entre el punto de operación el de i.urcación corresponde al margen de

estailidad o margen de cargailidad de tensión, 0ue puede ser de.inido

como una medida 0ue estima 0ue tan cerca est! el sistema eléctrico de

potencia de e9perimentar perturaciones deido a prolemas relacionados

con niveles de tensión en sus nodos% ;1'>%

Cur#a! -/.

El método de curvas #- se asa en interpretar el colapso de la tensión

como un indicador de 0ue e9iste un inadecuado alance de potencia reactiva

en uno o m!s nodos del sistema% 3a curva #- se otiene aumentando el

consumo de reactivos en cada una de las arras del sistema "asta llegar al

colapso% 3as curvas #- muestran la cantidad necesaria de potencia reactiva

para otener un nivel especí.ico de tensión #% El punto mínimo de una

curva #- es el punto crítico, 0uedando estalecido de ésta .orma el margen

de potencia reactiva% Si el punto mínimo de la curva #- est! por encima del

e*e "ori$ontal, el sistema es de.iciente en potencia reactiva 5.ig% <7% En este

caso se re0uiere una inección adicional de potencia reactiva con el .in de



prevenir un colapso de tensión% Si el punto crítico est! por dea*o del e*e

"ori$ontal, el sistema tiene algn margen de reserva de reactivos%

Se considera un método e.iciente para plani.icar la red% En otras palaras sedice 0ue el margen de potencia reactiva indica la cantidad de potencia de

compensación 5capacitor o S#C7 necesaria para restalecer un punto de

operación o tamién para otener un valor de tensión deseado% Tamién se

de.ine como el valor mínimo 0ue se puede incrementar el consumo de

potencia reactiva de la carga o el decrecimiento de la generación de potencia

reactiva para el cual no e9iste punto de operación ;1, 2, 11, 1<, 1=>%

ig% < Curvas #- para tres di.erentes valores de carga%

AN2LISIS DE CASO DE ESTUDIO.El caso de estudio es el sistema IEEE de 12 arras ;12>, 3a red tiene

generadores síncronos, tres de los cuales son compensadores síncronos

empleados para dar soporte de reactivos a la red% 3a arra H tiene conectado

un anco de condensadores con valor inicial de 1H Mvar, adem!s, tiene

conectada carga en 11 de las 12 arras% Inicialmente totali$an una potencia

activa reactiva de <H MN B=, Mvar respectivamente 5.ig% =7%



ig% = Diagrama de la red IEEE de 12 arras simulado con 6E+3A6O%

3os resultados del c!lculo del .lu*o de carga mediante el método de 6ePton

4ap"son, considerando un error de convergencia de ','''1 un nmero

m!9imo de ' iteraciones% 3os límites mínimos m!9imos de la tensión de

cada arra, son de ',H 1,1 p%u%, respectivamente% El margen de estailidad

de la tensión Q, norma 6R 1H-1 segn Comité #ene$olano de 6ormas

Industriales%

RESULTADOS.

El an!lisis Modal da como resultado para los primeros < valores propios@

<,H'=< ,HH1H% En la .igura 2 se muestra los resultados de los .actores de

participación de los nodos, ramas generadores para el para el primer modo%

3a arra con maor grado de participación es la 12% Adem!s, se relacionan

los .actores de participación de las ramas, mostrando los elementos 0ue

consumen maor potencia reactiva ante incrementos de carga, 0ue son

déiles en cuanto a cone9ión .rente al sistema%



ig% 2 actores de participación de los nodos, ramas generadores usandovalor propio <,H'=<%

3os resultados del an!lisis de sensiilidad #-, la arra 12 presenta la maor

Sensiilidad d#d 5',<'BBQ7,así 0ue es candidatas para reali$ar la

compensación reactiva deido a 0ue se espera un maor aumento en la

tensión por unidad de Mvar de inección%

Como se desprende de las curvas +-# para la arra 12 5.ig 7, el 0ue el peor

de los casos ocurre ante la contingencia del generador 2 0ue est! uicado

en la arra (% El margen de estailidad de tensión disminue en un 1=Q, lo

0ue e0uivale a una reducción de =H(,<B MN% 3e sigue la contingencia línea

3(-1= aierta, el margen se reduce en un BBQ, con 1'',2= MN menos,

comparado con el caso ase% por ltimo, la contingencia en el generador

, el margen de estailidad de volta*e disminue en un 1Q, por lo 0ue la

reducción es de 1=<,'H MN% +odemos ver 0ue el punto crítico de volta*e enel peor de los casos estudiados, representa un valor del (<,'BQ respecto al

caso ase% 3a tala 1 resume los principales par!metros del comportamiento

del sistema para los di.erentes casos de estudio de.inidos previamente%



0 200 400 600 800 1000 120050

60

70

80

90

100

110

Potencia activa (MW)

T e n s i ó n , U ( % )

Curvas P-V para el nodo 14. IEEE 14 barras.

caso base

contingencia línea L6-13 abierta

contingencia generador G4

contingencia generador G5

Punto de operación : 259 MW

Margen de estabilidad mínimo : 271,95 MW

Margen de estabilidad parael peor de los casos :

391,09 MW

ig % Curva +-# para la arra 12% IEEE 12 arras, comparación de los di.erentes estudios%

Tala 6V 1% Comparación del Margen de estailidad de tensión%

Ca!o Pu(%o &e

o+era"i,( 3M40

Mar'e( &e

e!%aili&a& 350

Pu(%o "rí%i"o

3M40

Mar'e( &e

e!%aili&a&

3M40Wase <H ='2 1'2B%=1 BB,=(3 (-1= aierta <H <<B 2B%BB B,H=2

desconectado

<H 11 ('%'H =H1,'H

desconectado

<H <= H12%H1 (,<B

En la .igura (, se muestra las curvas #- para la arra 12 de los di.erentes

casos estudiados% El peor de los casos corresponde a la contingencia en el

generador 2, donde el margen de potencia reactiva disminue 2<, Mvar

con respecto al caso ase% En cuanto a la contingencia línea 3(-1= aierta, la

reducción de los reactivos es de =<,=11 Mvar, por ltimo en el caso

contingencia , la disminución de reactivos es solo de H,2HB Mvar% 3a tala

< resume el comportamiento del sistema, se oserva 0ue en el caso de



contingencia en el generador 2 5arra (7 el sistema se acerca m!s

r!pidamente al colapso%

0 20 40 60 80 100 120-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

Tensión, U(%)

P o t e n c i a r e a c t i v a ( M v a r )

Curvas V-Q nodo 14. IEEE 14 barras.

Caso base

Contingencia línea L6-13 abierta

Contingencia generador G4

Contingencia generador G5

Margen de potencia reactiva parael peor de los casos 74,312 Mvar

ig% ( Curva #- para la arra 12% IEEE 12 arras, comparación de los di.erentes estudios%

Tala <% Comparación Margen de potencia reactiva, arra 12

Ca!o Pu(%o &e o+era"i,(

3M#ar0

Mar'e( &e +o%e("ia

rea"%i#a 3M#ar0

Wase B=, 11(%B23 (-1= aierta B=, 2,H2 desconectado B=, B2,=1< desconectado B=, 1'B,=B=

CONCLUSIONES.

1% 3os estudios reali$ados para el caso IEEE de 12 arras, permitieron proar el

programa 6E+3A6 como una "erramienta adecuada para reali$ar estudios

del sistema interconectado nacional vene$olano, tomando en consideración

la in.ormación del .uncionamiento actual del sistema lo estalecido en lanormativa vigente%

<% El an!lisis de los di.erentes indicadores de los métodos est!ticos, para el

caso de estudio de 12 arras, presenta un !rea vulnerale .ormada por las



arras 12, H, 1', 11, 1= 1<, lo cual coincide con traa*os reali$ados con

otros programas%

=% 3a e9periencia alcan$ada en éste traa*o, permite desarrolla estudios de

estailidad de tensión para el sistema interconectado nacional, lo 0ue servir!

para la plani.icación uso racional de la energía eléctrica%

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