tarea 4_juan mina

TAREA 4: MODELOS DE CARGA

ING. JUAN DAVID MINA CASARAN

Curso Sistemas de Potencia

Profesor:

Csar Augusto Gallego Snchez

Ingeniero Electricista, M.Sc.

UNIVERSIDAD DEL VALLE

FACULTAD DE INGENIERA

PROGRAMA DE POSGRADO EN INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA

MODALIDAD EN INVESTIGACIN

SANTIAGO DE CALI, OCTUBRE DE 2014

TAREA 4

Enunciados:

1. Para el sistema Pance-Yumbo-Alto Anchicaya, analizar el efecto del modelo de carga

exponencial en los resultados del flujo de carga. Suponer los siguientes escenarios:

A) Modelo de potencia constante n = 0

B) a, b = 0,3

C) a, b = 1

D) a, b = 1,7

2. Encontrar el equivalente y verificarlo en el software, para el modelo ZIP.

Figura 1. Sistema de evaluacin del modelo de carga exponencial (P-Y-A)

Punto 1.

En la Figura 1 se muestra la red Pance-Yumbo-Alto Anchicaya (P-Y-A), en la cual se

evaluar el modelo de carga exponencial para diferentes valores de n y se probar el modelo

compuesto (ZIP).

Nota: Se debe aclarar que la lnea entre las subestaciones de Pance y Alto Anchicaya, se encuentra dividida en

diferentes tramos de 47,5 km de longitud (modificacin realizada por el profesor en clase para dar un ejemplo

del modelo Pi de la lnea). Para efectos de los siguientes anlisis, se considerar una sola lnea de 190 km, cuyos

parmetros de impedancias de secuencia, capacitancia, entre otros, fueron copiados de uno de los tramos de

47,5 km.

Modelo Potencia Constante (n = 0)

La seleccin del modelo de carga exponencial se realiza ingresando a los parmetros de las

cargas C-PANCE y C-YUMBO: dependencia de voltaje modelo exponencial, luego se

ingresan los valores de n, tal como se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Seleccin del modelo exponencial en el software Neplan (a, b = 0)

Los resultados de la simulacin para n = 0 se muestran en la Figura 3.

Figura 3. Simulacin para n = 0, sistema de evaluacin del modelo de carga exponencial (P-Y-A)

Modelo exponencial (a, b = 0,3)

Figura 4. Seleccin del modelo exponencial en el software Neplan (a, b = 0,3)

Los resultados de la simulacin para a, b = 0,3 se muestran en la Figura 5.

Figura 5. Simulacin para a, b = 0,3 sistema de evaluacin del modelo de carga exponencial (P-Y-A)

Modelo Corriente Constante (a, b = 1)

Figura 6. Seleccin del modelo exponencial en el software Neplan (a, b = 1)

Los resultados de la simulacin para a, b = 1 se muestran en la Figura 7.

Figura 7. Simulacin para a, b = 1, sistema de evaluacin del modelo de carga exponencial (P-Y-A)

Modelo exponencial (a, b = 1,7)

Figura 8. Seleccin del modelo exponencial en el software Neplan (a, b = 1,7)

Los resultados de la simulacin para a, b = 1,7 se muestran en la Figura 9.

Figura 9. Simulacin para a, b = 1,7 sistema de evaluacin del modelo de carga exponencial (P-Y-A)

En la Tabla 1 se muestran los valores de las simulaciones de los flujos de carga para los

diferentes valores de a y b.

Tabla 1. Resultados para diferentes valores de n del modelo exponencial de carga.

a, b PARMETRO PANCE YUMBO

0

Voltaje de operacin (kV) 223,67 225,79

Variacin respecto al voltaje nominal (230 kV) [%] 2,75 1,83

Corriente de carga (A) 186,1 255,7

Potencia activa de operacin (MW) 60,0 80,0

Potencia reactiva de operacin (Mvar) 40,0 60,0

0,3






1






1,7






De los anteriores resultados se puede mencionar que el modelo exponencial con a, b = 1.7,

es quien presenta la menor variacin de voltaje en comparacin con los dems casos

simulados, pero es el que mayor variacin presenta de potencia activa y reactiva en las cargas

de los nodos Pance y Yumbo, respecto a los dems casos (a, b = 0; 0,3; y 1). De manera

general se puede decir que en el modelamiento de cargas, es importante que el factor n se

determine de manera adecuada, dado que cualquier variacin de este causa un efecto en los

voltajes de los nodos del sistema y las corrientes de las cargas. Entre ms elevado es el de n,

mayor ser el efecto sobre la potencia activa y reactiva de operacin, es decir mayor ser la

desviacin respecto la potencia nominal (modelo de potencia constante, n = 0). Por otra parte,

la consideracin de cargas bajo el modelo exponencial de potencia constante es adecuada

dado que generalmente las cargas conectadas a una red tienden a comportarse de este modo.

Tambin se debe considerar que generalmente el valor de n es diferente para la potencia

activa y reactiva, sin embargo para efectos de simulacin aqu se ha considerado que estos

valores son iguales (a = b).

Punto 2.

Modelo ZIP: Otro modelo de carga, que en principio equivale al anterior, consiste en

suponer que la carga es una composicin de los tres tipos de carga bsicos: potencia

constante, corriente constante e impedancia constante. Este modelo se denomina Modelo

Compuesto o Modelo ZIP (Z: impedancia, I: corriente, P: Potencia) [Notas de clase, curso

Sistemas de Potencia 2014-B].

Ecuaciones del modelo de carga ZIP

2 1 0

0

0 0 0

. . . .zp ip ppV V V

C C CV V

P PV

2 1 0

0

0 0 0

. . . .zp ip ppV V V

C C CV V

Q QV

Donde:

0

VV

V

Se debe cumplir que:

1zp ip ppC C C

1zq iq pqC C C

Las anteriores expresiones se deben cumplir para todo valor de V

0,9V ; 1,1V

De esta manera se plantea el siguiente sistema de ecuaciones de 3 x 3:

2.0,9 .0,9 0,9nz i pC C C

2.1,1 .1,1 1,1nz i pC C C

1z i pC C C

Ahora se procede a calcular cada una de las constantes del sistema de ecuaciones Clculo de las:

,z i pC C y C .

Modelo Potencia Constante: modelo ZIP equivalente n=0

2 0.0,9 .0,9 0,9z i pC C C

2 0.1,1 .1,1 1,1z i pC C C

1z i pC C C

Resolviendo el sistema de ecuaciones:

0 , 0 , 1z i pC C C

Se proceden a ingresar los valores de las constantes, calculadas de manera analtica, al

software. Los datos se ingresan en valores por unidad porcentual, donde a = b, tal como se

muestra a continuacin:

A2P ; A2Qzp zqC C

A1P ; A1Qip iqC C

A0P ; A0Qpp pqC C

Figura 10. Ajuste de parmetros del modelo ZIP en el software Neplan (n=0)

De la Figura 10 se puede observar que el software calcula de manera automtica el valor de

las constantes ppC y pqC .


Figura 11. Simulacin para n=0 sistema de evaluacin del modelo compuesto ZIP (P-Y-A)

Modelo ZIP equivalente n=0,3

2 0,3.0,9 .0,9 0,9z i pC C C

2 0,3.1,1 .1,1 1,1z i pC C C

1z i pC C C


0,105404 , 0,511406 , 0,593998z i pC C C

Figura 12. Ajuste de parmetros del modelo ZIP en el software Neplan (n=0,3)

Los resultados de la simulacin para n = 0,3 se muestran en la Figura 13.

Figura 13. Simulacin para n=0,3 sistema de evaluacin del modelo compuesto ZIP (P-Y-A)

Modelo ZIP equivalente a n=1

2 1.0,9 .0,9 0,9z i pC C C

2 1.1,1 .1,1 1,1z i pC C C

1z i pC C C


0 , 1 , 0z i pC C C

Figura 14. Ajuste de parmetros del modelo ZIP en el software Neplan (n=1)


Figura 15. Simulacin para n=1 sistema de evaluacin del modelo compuesto ZIP (P-Y-A)

Modelo ZIP equivalente a n=1,7

2 1,7.0,9 .0,9 0,9z i pC C C

2 1,7.1,1 .1,1 1,1z i pC C C

1z i pC C C


0,595194 , 0,509016 , 0,10421z i pC C C

Figura 16. Ajuste de parmetros del modelo ZIP en el software Neplan (n=1,7)

Los resultados de la simulacin para n = 1,7 se muestran en la Figura 17.

Figura 17. Simulacin para n=1,7 sistema de evaluacin del modelo compuesto ZIP (P-Y-A)

Tabla 2. Comparacin de resultados: modelo compuesto ZIP vs modelo exponencial de carga.

a, b PARMETRO MODELO EXP. MODELO ZIP

ERROR [%]

ENTRE

MODELOS

PANCE YUMBO PANCE YUMBO PANCE YUMBO

0

Voltaje de operacin (kV) 223,67 225,79 223,67 225,79 0 0

Variacin respecto al voltaje

nominal (230 kV) [%] 2,75 1,83 2,75 1,83 0 0

Corriente de carga (A) 186,1 255,7 186,1 255,7 0 0

Potencia activa de operacin

(MW) 60,0 80,0 60,0 80,0 0 0

Potencia reactiva de operacin

(Mvar) 40,0 60,0 40,0 60,0 0 0

0,3

Voltaje de operacin (kV) 223,81 225,83 223,81 225,83 0


nominal (230 kV) [%] 2,69 1,81 2,69 1,81 0 0



(MW) 59,5 79,6 59,5 79,6 0 0


(Mvar) 39,7 59,7 39,7 59,7 0 0

1



nominal (230 kV) [%] 2,58 1,75 2,58 1,75 0 0



(MW) 58,4 78,6 58,4 78,6 0 0


(Mvar) 39,0 58,9 39,0 58,9 0 0

1,7



nominal (230 kV) [%] 2,48 1,7 2,48 1,7 0 0



(MW) 57,5 77,7 57,5 77,7 0 0


(Mvar) 38,3 58,3 38,3 58,3 0 0

Se pudo comprobar la igualdad en los resultados al utilizar los dos modelos. No se present

diferencia alguna.

Conclusiones:

En los estudios donde se deba modelar las cargas, el factor n se debe determinar

correctamente; ya que cualquier cambio de este puede tener un efecto en la cada de

tensin en las barras del sistema de estudio, y en la corriente de la carga simulada.

Entre ms elevado es el de n, mayor ser el efecto sobre la potencia activa y reactiva

de operacin, es decir mayor ser la desviacin respecto la potencia nominal (modelo

de potencia constante, n = 0).

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