Desarrollo e integración de un modelo de

restauración de servicio eléctrico en una plataforma

interactiva para redes eléctricas de distribución

Code: 12.013

Lisa Soto B., Héctor Vargas O., Jorge Mendoza B., Rodrigo Martínez C.

Pontificia Universidad Católica de Valparaíso

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• Restauración de Servicio Eléctrico

• Plataforma de simulación SENSimulator

• Modelo de restauración de servicio

• Estado Normal

• Estado de Emergencia

• Estado de Restauración

• Resultados Obtenidos

• Conclusiones

Contenido

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Restauración de Servicio Eléctrico

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SENSimulator (Smart Energy

Networks Simulator) es una

aplicación computacional, que

permite crear de manera rápida e

intuitiva una red eléctrica de

distribución mediante el uso de

grafos no dirigidos compuestos

por vértices y enlaces.

Esta herramienta se encuentra en

desarrollo por estudiantes de la

Escuela de Ingeniería Eléctrica de

la PUCV.

Plataforma de simulación SENSimulator

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La plataforma de simulación no cuenta con soluciones centralizadas

asociadas al problema de restauración de servicio eléctrico.

Por lo que se plantearon los siguientes objetivos:

Implementar un modelo centralizado de restauración de servicio

para redes eléctricas de distribución e incorporarlo al entorno de

simulación SENSimulator.

Implementar un algoritmo de restauración de servicio eléctrico

utilizando algoritmos genéticos como técnica de optimización para la

búsqueda de la mejor solución de configuración de la red ante la

ocurrencia de una falla.

Diseñar e implementar un mecanismo genérico de integración de

éste algoritmo en el entorno de simulación.

Objetivos

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Modelo de restauración de servicio

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Topología Inicial

Localización de la falla

Falla

Identificación y aislación de cargas

afectadas

Reconfiguración de la red

Reparación de la falla

Estado Normal Estado de Emergencia

Estado de Restauración

Estado Normal

• Los datos de la red son conocidos e

ingresados por el usuario en cada

elemento del sistema.

• Las mallas fundamentales son

ciclos cerrados en una red que no

contienen otros ciclos cerrados en su

interior. Estas serán definidas a partir

de la numeración de las líneas de la

red y serán utilizadas para la

codificación del algoritmo

genético.

Modelo de restauración de servicio

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Codificación del Algoritmo

Modelo de restauración de servicio

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1 2

3

4 5 6

7 3 4 7

Individuo Factible: Líneas que se pueden abrir Condición de radialidad:

𝑁𝐿 − 𝑁𝐵 + 1 = 0

4 − 5 + 1 = 0

1 2

5 6

1 2 3 3 4 5 5 6 7

Mallas Fundamentales

Modelo de restauración de servicio

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𝐶𝑖𝑐𝑙𝑜1 = [𝐿1, 𝐿2, 𝐿4, 𝐿5, 𝐿17,

𝐿11, 𝐿9, 𝐿10, 𝐿18, 𝐿14, 𝐿13, 𝐿3] 𝐶𝑖𝑐𝑙𝑜2 = [𝐿1, 𝐿2, 𝐿4, 𝐿5, 𝐿17, 𝐿11, 𝐿9, 𝐿8]

∩

Modelo de restauración de servicio

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𝑀𝐹3 = [𝐿5, 𝐿6, 𝐿7, 𝐿19, 𝐿16, 𝐿15, 𝐿14, 𝐿18, 𝐿10, 𝐿9, 𝐿11, 𝐿17]

𝑀𝐹1 = [𝐿1, 𝐿2, 𝐿4, 𝐿5, 𝐿17, 𝐿11, 𝐿9, 𝐿8]

𝑀𝐹2 = [𝐿2, 𝐿3, 𝐿8, 𝐿13, 𝐿10, 𝐿18, 𝐿14]

Estado de Emergencia

Cada línea cuenta con la

información de ubicación de

elementos de protección que

describe el tipo de elemento, si se

encuentra ubicado al inicio, al final

de la línea, o en ambos extremos.

Conociendo esto, se realiza una

búsqueda de las protecciones

ubicadas alrededor de la falla con

tal de aislarla del sistema.

Modelo de restauración de servicio

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Estado de Restauración:

Algoritmo Genético

Modelo de restauración de servicio

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Inicio

Generación de población inicial

Condición de salida

Solución Final

Operadores Genéticos

Evaluación

NO

SI

Cruza Mutación

Función Objetivo Restricciones

Modelo de Optimización

𝑅(𝑇): representa a la red que se encuentra en función de su topología 𝑇.

(1) Límite térmico por los conductores donde 𝐿

(2) Regulación de tensión en los nodos.

(3) Restricción de radialidad del sistema

Modelo de restauración de servicio

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𝑀𝑖𝑛 𝑃 𝑅 𝑇 = 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑅 𝑇

𝑠. 𝑎:

𝑖𝐿 ≤ 𝑖𝐿𝑚𝑎𝑥 ∀𝐿 ∈ 𝑅 𝑇 (1)

𝑉𝐵𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑉𝐵 ≤ 𝑉𝐵𝑚𝑎𝑥 ∀𝐵 ∈ 𝑅(𝑇) (2)

𝑁𝐿 − 𝑁𝐵 + 1 = 0 ∀𝐿, 𝐵 ∈ 𝑅(𝑇) (3)

Sistema Civanlar Este sistema está compuesto por 19 líneas y 17 nodos. Posee una potencia instalada de 18.47[MW] y 5.9 [MVAr], donde se considerarán como condiciones iniciales de operación, las líneas 10, 11 y 19 abiertas en cuyo caso, las pérdidas son de 0.4661 [MW].

Resultados

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Características

Número de líneas 19

Número de barras generadoras 1

Número de cargas 16

Tensión nominal [kV] 23

Potencia base [MVA] 100

Factor de energía 1

Resultados

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Sistema Baran

Este sistema está compuesto por 37

líneas y 33 nodos. Posee una

potencia instalada de 3.715MW] y

2.3 [MVAr], donde se considerarán

como condiciones iniciales de

operación, las líneas 7, 9, 14, 32 y

37 abiertas en cuyo caso, las

pérdidas son de 0.1397 [MW].

Resultados

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Características Número de líneas 37

Número de barras generadoras 1 Número de cargas 32

Tensión nominal [kV] 12.66 Potencia base [MVA] 10

Factor de energía 1

Resultados

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• El problema de restauración de servicio eléctrico ha sido implementado en su totalidad en la plataforma de simulación, presentando resultados de simulación bastante rápidos y simples de interpretar.

• La problemática se trató considerando todas las etapas del proceso de manera genérica, con tal de que la plataforma sea capaz de entregar una solución óptima de configuración en cualquier red.

• La herramienta de simulación SENSimulator tiene un gran potencial para el estudio e investigación sistemática de problemas de operación y planificación en redes eléctricas de distribución, principalmente, respecto a su tratamiento desde el ámbito de las redes inteligentes.

• El entorno gráfico desarrollado hace muy intuitivo el tratamiento del problema, siendo una herramienta bastante sencilla de utilizar.

Conclusiones

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Muchas Gracias

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Resultados

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Falla en

línea

Cerrar

líneas

Abrir

líneas

Op.

Switch

Pérdidas

[MW]

Tiempo

[ms]

2 10-11 9 3 0.849 419

6 19 - 1 0.456 241

9 10 14 2 0.174 226

18 10 - 1 0.493 199

Pruebas realizadas en red Civanlar para dos GD de FP=0.85

Resultados

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Nodo

GD1 MW

Modo de

Operación

Nodo

GD2 MW

Modo de

Operación

Abrir

líneas

Cerrar

Líneas

Pérdidas

[MW]

Tiempo

[ms]

5 20 IM 8 5 SM 7-1-9 10-11-19 0.4652 1287

5 20 SM 8 5 SM 7-9 10-11-19 0.5561 450

5 20 IM 17 20 IM 1-6-9-15 10-11-19 0.474 1375

5 20 SM 17 20 SM 6-9 10-11-19 0.946 533

8 20 IM 14 10 SM 3-6-15 10-11-19 0.5651 1146

8 20 SM 14 10 SM 9-15 10-11-19 0.8618 499

8 5 SM 14 10 IM 3-9 10-11 0.5712 956

8 5 SM 14 10 SM 9 10-11-19 0.5796 463

Resultados

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Falla en línea Cerrar líneas Abrir líneas Op. Switch Pérdidas [MW] Tiempo [s]

4 7-37 - 2 0.154 2.87

13 14 - 1 0.143 1.83

17 32-37 28 3 0.135 1.72

25 37 - 1 0.139 1.63

Pruebas realizadas en red Baran para distintos GD en distintas barras del

sistema con FP=1

Resultados

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GD en nodo MW Abrir líneas Cerrar Líneas Pérdidas [MW] Tiempo

[ms]

s/GD - 30-34 14-32-7 0.6159 3000

6 0.1 24-30 14-32-7 0.5873 3432

6 1 24-30 14-32-7 0.3897 2928

6 3 24-31 32-37-7 0.2189 2979

29 0.1 30-34 14-32-7 0.5852 2929

29 1 23-30-34-11 14-32-37-7-9 0.3668 2941

29 3 23-15-11-34 32-37-9-14 0.2229 2994