Análisis estático de sistemas eléctricos

Análisis estático de sistemas
eléctricos
ESTUDIOS DE FLUJO DE CARGAS
CON PSS/E
Flujo de cargas con PSS/E
1. Crear un caso
2. Introducción de datos
Nudos
Cargas
Generación (Plantas y Generadores)
Líneas
Transformadores
3. Solución del flujo de cargas
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Crear un caso con PSS/E
1. Iniciar el programa PSS/E con la opción PSST ME (Power
Flow).
2. Para crear un nuevo caso, en la pantalla inicial del
programa seleccionamos File => New
3. Hay tres opciones:
Crear caso de red
Crear caso de red y diagrama
Crear diagrama
4. Una vez elegida la opción, se introduce el dato de la
potencia base: Sbase= 100 MVA (habitualmente)
5. Una vez creado el caso podemos pasar a introducir los
datos.
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Introducción de datos
Al abrir PSS/E aparece una pantalla similar a la
que se muestra en la figura 2.
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Introducción de datos
Antes de empezar a introducir los datos del
caso:
Asegurarse de que las opciones definidas por defecto
son las correctas. Para cambiar opciones entrar en el
menú Misc => Change program settings
(OPTN).
Por ejemplo, se puede comprobar que la frecuencia
del sistema es 50 Hz en el apartado Base
frequency.
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Introducción de datos
Nudos (pestaña Buses)
Bus Number
Bus Name
Base kV: Tensión base de cada nudo. Imprescindible.
Los campos de Owner, Zone, Area, indican, en sistemas
con muchos nudos, el propietario, zona donde se
encuentra, y área. Por defecto, el valor 1.
Code: Código que define el tipo de nudo del sistema:
1 : nudo de carga (PQ).
2 : nudo de generación (PV).
3 : nudo balance u oscilante.
4 : nudo desconectado o aislado.
Por defecto se considera nudo de carga (Code = 1).
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Introducción de datos
Nudos
G-Shunt (MW) y B-Shunt (Mvar): Conductancia y
susceptancia de dispositivos conectados al nudo de forma
fija (condensadores y reactancias).
Voltaje (pu) y Angle (deg)
Los campos (G-Neg (pu), B-Neg (pu), G-Zero (pu), B-Zero
(pu)) son datos de las secuencias negativa y cero, que para
el flujo de cargas no interesan.
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Introducción de datos
Cargas (pestaña Loads)
1. Bus Number, Bus Name: Indican el nudo al que está
conectada la carga.
2. Id: Permite diferenciar entre varias cargas conectadas a un
mismo nudo. El valor por defecto es 1.
3. Los campos Area, Zone y Owner no son necesarios en
nuestro caso. Aparecerán los valores por defecto.
4. Status: Representa el estado de conexión o desconexión
de la carga. Por defecto está marcado, lo que indica que la
carga está conectada al nudo.
5. La demanda (carga) puede modelarse atendiendo a tres
criterios distintos:
Potencia constante: (Pload (MW), Qload (MVAR))
Corriente constante: (IPload (MW), IQload (MVAR))
Admitancia constante: (YPload (MW), YQload (MVAR))
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Introducción de datos
Generación (pestañas Machines y Plants)
Pestaña Machines:
1. Bus Number, Bus Name: el nudo al que está conectado
el generador.
2. Id: código identificativo del grupo
3. Status: estado del grupo generado (on/off)r
4. PGen (MW), QGen (Mvar): Potencia generada.
5. Pmin, Pmax: límites de potencia activa (-9999 y 9999,
por defecto)
6. Qmin, Qmax: límites de potencia reactiva.
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Introducción de datos
Generación
Pestaña Plants:
1. Bus Number, Bus Name
2. PGen (MW), QGen (Mvar): potencia generada.
3. Qmin, Qmax: Límites de potencia reactiva.
4. Vsched (pu), Remote Bus Number: Consigna de
tensión y nudo de regulación. Por defecto se asigna una
consigna de 1 p.u. Si la central regula su propia tensión se
asigna el valor cero en Remote Bus Number.
5. Voltage (pu): Tensión en el nudo, en valores por unidad.
6. RMPCT: Porcentaje de potencia reactiva necesaria para
mantener la tensión de consigna en el bus controlado por
el generador. Por defecto se asigna el valor 100.
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Introducción de datos
Líneas (pestaña Branches)
1. From Bus, To Bus, From Bus Name, To Bus Name:
nudos entre los que está conectada la línea.
2. Id: Código identificativo del circuito, ya que una línea
puede tener varios circuitos. Por defecto, vale “1”.
3. Line R (pu), Line X (pu), Charging (pu): parámetros
del modelo π de la línea (resistencia Rij, reactancia Xij y
susceptancia total Bch), en valores por unidad.
4. Status: Indica si la línea está conectada o desconectada.
5. Metered: Nudo al que se asignan las pérdidas de la línea.
Por defecto es el nudo origen (bus From).
6. Rate A, Rate B, Rate C (MVA): Límites de capacidad de
transporte de la línea en varios niveles (A, B o C).
7. Line G From (pu), Line G To (pu), Line B From (pu),
Line B To (pu): Servirían para modelar condensadores o
reactancias conectados a los extremos de la línea.
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Introducción de datos
Transformadores (pestaña 2-winding Trans
y 3-winding Trans)
1. From Bus, To Bus, From Bus Name, To Bus Name:
nudos entre los que está conectada la línea.
2. Id: Código identificativo del circuito, ya que una línea
puede tener varios circuitos. Por defecto, vale “1”.
3. Status: Indica si el trafo está conectado o desconectado.
4. Metered: Nudo al que se asignan las pérdidas de la línea.
Por defecto es el nudo origen (bus From).
5. Winding 1 Side: ubicación del devanado primario del
transformador (en el bus From o en el To).
6. Winding I/O Code: Indica las unidades de la relación de
transformación: en p.u. de la tensión base del devanado, o
en kV. Por defecto se asigna p.u.
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Introducción de datos
Transformadores
7. Impedance I/O Code: Código de selección de la forma en la
que se introducen los datos de impedancia del transformador:
Resistencia y reactancia en p.u. en la base del sistema. Es la opción
por defecto.
Resistencia y reactancia en p.u. en la base del transformador
(potencia nominal y tensión nominal del transformador).
Pérdidas del transformador en vatios, e impedancia en p.u.,
considerando como potencia base la especificada para el
transformador y como tensión base la nominal.
8. Admittance I/O Code: Código de selección de la forma en la
que se introducen los datos de la rama de magnetización:
Conductancia y susceptancia en valores p.u. referidos a los valores
base del sistema. Es la opción asignada por defecto.
Pérdidas del ensayo en vacío en vatios y corriente de vacío en p.u.,
considerando como potencia base la especificada para el tranfo y
como tensión base la nominal del devanado primario.
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Introducción de datos
Transformadores
9. R (pu o Watts), X (pu): Resistencia y reactancia del trafo, en
las unidades seleccionadas en Impedance I/O Code.
10. Mag. G, Mag. B: Parámetros de la rama de magnetización e las
unidades seleccionadas por Admittance I/O Code.
11. Rate A (MVA), Rate B (MVA), Rate C (MVA): Límites de carga
del transformador en varios niveles (A, B o C).
12. Winding MVA: Potencia base del transformador. Por defecto se
asigna la potencia base del sistema.
13. Wnd 1 Ratio (pu or kV), Wnd 2 Ratio (pu or kV): Ratio del
cambiador de tomas en los devanados primario y secundario, en
las unidades seleccionadas mediante Winding I/O Code.
14. Wnd 1 Nominal kV, Wnd 2 Nominal kV: Tensión nominal del
devanado primario y secundario. Por defecto se asigna el valor 0:
los valores de tensión base de los nudos entre los que se conecta.
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Introducción de datos
Transformadores
15. Wnd 1 angle (degrees): Ángulo de desfase del
transformador. Por defecto se asigna 0º.
16. Control Mode: Modo de control del transformador:
sin control, es decir, con tomas en posición fija,
control de tensión (es el modo de control habitual cuando el
transformador tiene cambio de tomas automáticas),
control de potencia reactiva,
control de potencia activa y
control de líneas DC.
17. Controlled Bus: por defecto se asigna 0 excepto en los
transformadores que efectúen regulación de tensión.
18. Tap Positions: Número de tomas del cambiador. Por
defecto se asigna el valor 33.
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Introducción de datos
Transformadores
17. Rmax (pu or deg), Rmin (pu or deg): Definen los
límites superior e inferior de:
La relación de transformación, en p.u., de la tensión nominal
del devanado primario, o la tensión del primario en kV.
El ángulo de desfase del transformador cuando controla el
flujo de potencia activa.
18. Vmax (pu, MW, or MVAR), Vmin (pu, MW, or MVAR):
Definen los límites superior e inferior de:
La tensión de consigna en el nudo controlado, en p.u.,
cuando el transformador efectúa un control de tensión.
El flujo de potencia activa cuando se activa el control de la
misma.
El flujo de potencia reactiva cuando se activa su control.
1. ….
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Solución del flujo de cargas
La siguiente ruta permite resolver el flujo de cargas (PF):
Power Flow => Solution => Solve
(NSOL/FNSL/FDNS/GSLV/MSLV)
PSS/E resuelve un PF utilizando distintos algoritmos:
Métodos de Newton-Raphson:
Newton-Raphson (Full Newton-Raphson - FNSL)
Newton-Raphson desacoplado (Decoupled Newton-Raphson
- NSOL)
Newton-Raphson desacoplado rápido (Fixed slope decoupled
Newton-Raphson - FDNS)
Métodos de Gauss-Seidel:
Continua
Gauss-Seidel (SOLV)
Gauss-Seidel Modificado (Modified Gauss-Seidel – MSLV)
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Solución del flujo de cargas
En los cuadros de diálogo que aparecen es posible:
Ajustar las tomas y el ángulo de fase de los
transformadores (Tap adjustment y Adjust phase shift, o
Adjust taps),
Controlar el intercambio de potencia entre áreas (Area
interchange control),
Considerar los límites de potencia reactiva de los
generadores (VAR limits o Ignore VAR limits),
Aplicar un perfil plano de tensiones como estimación inicial
(Flat start),
Efectuar el ajuste de tomas de corriente continua (Adjust
DC taps) o ajustar las baterías de condensadores y bobinas
(Adjust switched shunts).
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Solución del flujo de cargas
Es posible obtener un resumen del caso antes de
resolver el flujo de cargas mediante:
Powerflow => List Data => By category =
Powerflow => Case summary
Una vez resuelto el flujo de cargas, para ver los
resultados generamos un informe:
Power Flow => Reports => Bus based reports. => Go
Este informe muestra los resultados del PF: tensiones de
los nudos, ángulos, generación y demanda en cada nudo,
flujo de potencia activa y reactiva hacia otros nudos a
través de las líneas y/o transformadores (nudo From →
nudo To).
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Solución del flujo de cargas
Una vez obtenida la solución del PF, con la opción Limit checking
reports, del menú Power Flow => Reports, es posible:
Comprobar la existencia de líneas y/o trafos sobrecargados
(Branches).
Comprobar la presencia de nudos con valores de tensión fuera de
un determinado intervalo (Out-of-limit bus voltage).
Obtener las condiciones de carga y de tensión en los nudos
generadores (Generator bus).
Evaluar el nivel de generación de potencia reactiva de los
generadores, con respecto a los límites establecidos por la curva
de funcionamiento para la potencia activa generada (Reactive
capability).
Obtener las condiciones de tensión en los nudos cuyo valor de
tensión es controlado por generadores, transformadores, baterías
de condensadores, etc. (Regulated buses).
…
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