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Minimización De Pérdidas En Media Tensión Con Intervención De Generadores Dispersos En El Control

Página 1 de 15 Capítulo 5. Manual de usuario

CAPÍTULO 5: MANUAL DE USUARIO



Sabiendo que el proyecto desarrollado no forma parte de ningún paquete comercial siendo su única utilidad didáctica y educativa, seguidamente se limitará a dar unas instrucciones breves y concisas para poder utilizar fácilmente la aplicación desarrollada en éste y que ayuden a obtener de una forma sencilla los resultados que nos interesan ante un problema de similares características al aquí planteado.

5.1. SIMULACIÓN DE LA HERRAMIENTA DESARROLLADA

Una vez con los programas a usar, MATLAB y GAMS, instalados

correctamente en el ordenador, se describen los pasos a seguir para hacer una simulación de la aplicación desarrollada:

1. Abrir MATLAB y cargar el archivo “Prueba.m”. 2. Pulsar el botón de la barra de herramientas del editor para iniciar

el programa. 3. Ejecutar el archivo .RAW correspondiente, según la prueba a

realizar del banco de ensayo. 4. Abrir GAMS y cargar el archivo “modelo4bis.gms”.

5. Pulsar el botón de la barra de herramientas para lanzar la resolución del problema de optimización.

6. Se obtiene los resultados en un archivo situado en la ruta C:\Documents and Settings\pdi\Mis documentos\gamsdir\projdir.

Hay que tener en cuenta que es necesario definir previamente a la ejecución de esta simulación ciertos valores característicos de cada prueba a realizar, como son:

- La tensión del nudo slack en el archivo .RAW adecuado, - El rango de tensión considerado en Prueba.m,

Seguidamente, se analiza con detenimiento los archivos utilizados en

la simulación para una mayor comprensión del usuario de este manual.

5.2. ANÁLISIS DEL ARCHIVO GENERADO EN

MATLAB

El archivo MATLAB generado en esta aplicación para realizar el proyecto se llama Prueba.m y está constituido por (en orden de aparición):



- llamada a una función propia (lecturadatos) para leer los datos de la red; acción que reduce en gran medida el trabajo a realizar.

- modificación de la nomenclatura a ciertos datos importados del .RAW. - definición del rango de tensión usado y límites de Utj para

modelo4bis.gms.

Figura 5.1: Ventana del entorno MATLAB

- cálculo de la potencia especificada de nudos de la red así como el de los valores base de intensidad y tensión para cada nudo.


- limitación de la intensidad que circulará por cada rama.



- análisis de elementos shunt en la red. - ciertos tratamientos realizados a los datos con los que se trabaja para

que no surjan incompatibilidades con GAMS; se pueden citar, entre otros, sacar el nudoj del conjunto PQ ó dar dimensión mínima en forma de tabla a los datos nulos.

- pasar todos los datos necesarios para la resolución del problema de optimización por parte de GAMS con la función writegdx, cuya sintaxis es la siguiente:

writegdx ('gdxFileName', 'dataType','gdxSymName', dataMatrix… 'dataType','gdxSymName', dataMatrix );

Para cualquier duda en relación a este archivo, se puede consultar éste en la documentación adjunta de este proyecto, donde se explica la función de cada una de las sentencias utilizadas mediante un comentario en su parte superior o lateral, según el caso.


5.3. ANÁLISIS DEL MODELO FORMULADO EN

GAMS

El archivo GAMS utilizado se denomina modelo4bis.gms. En éste, se identifican los bloques que constituyen la estructura general de un archivo .gms y se comentan a continuación, particularizados para el estudio desarrollado. Esto se acompaña, además, con figuras que ilustran las sentencias declaradas en GAMS con tal fin.



Además, se adjunta un ANEXO I Programa GAMS sobre las particularidades de este programa con indicación de los comandos utilizados en cada bloque de la estructura general de este tipo de archivos.

1. Declaración y clasificación de nudos, subconjuntos y ramas

La clasificación de los nudos de la red viene dada por la información conocida de cada uno de ellos; en cambio las ramas, por la existencia o no de transformador en ella y por el sentido de circulación. Esta diferenciación es importante ya en función del tipo de nudo y/ó rama, se definen unas u otras ecuaciones dentro del conjunto de restricciones. Esta clasificación se observa en la Figura 5.4.

Figura 5.4: Ventana del entorno GAMS

Además se utilizan dos subconjuntos en dichas ecuaciones. � n_slack: conjunto de todos los nudos excepto el slack � grupo: nudos que no sean extremos de trafo

También, se declaran ciertos parámetros en la Figura 5.5, como las

características de la rama, las magnitudes base del sistema ó el valor de corriente máxima permitida, entre otros, que están definidos previamente en MATLAB pero serán usados por GAMS.




2. Datos importados desde MATLAB Para la resolución del problema de optimización, se realiza el traspaso

de ciertos datos que ya fueron manipulados en el entorno de MATLAB y que son necesarios en GAMS. Se indica el comando utilizado y los datos traspasados en la Figura 5.6. 3. Declaración de variables

Indicar el nombre dado a cada una de las variables consideradas, sin olvidar asignar el carácter que toman según la información que éstas almacenan (pueden ser positivas, libres, binarias, etc.). Figura 5.7.





4. Valores iniciales del proceso de iteración Como ya se ha comentado en la formulación general de las ecuaciones

de la red del Capítulo 2 (Formulación del problema), a la vista de la no linealidad de las ecuaciones resultantes, su solución debe ser forzosamente iterativa, siendo necesario adoptar unos valores iniciales (que hagan converger el proceso iterativo hacia un punto físicamente viable) para las variables del problema. La experiencia demuestra que es el perfil plano la mejor opción para iniciar el proceso debido a las características especiales del problema, donde se sabe a priori que las tensiones se mueven en una banda relativamente pequeña alrededor de su valor nominal y los desfases entre nudos adyacentes se mueven en márgenes estrechos por motivos de estabilidad. Consiste en hacer θi

0=0 en todos los nudos y Vi0=1pu para los de consumo.

A la vez, esta consideración es la que nos proporcionará los valores iniciales para las nuevas variables incorporadas con el cambio de variables. Así, a partir de los valores típicos de las tensiones y ángulos en un perfil plano (que son 1 p.u. y 0º respectivamente) se puede predecir los valores típicos de Ui, Wij y Tij. Éstos se definen a continuación:

2 1

cos 1

0

i i

ij i j ij

ij i j ij

U V

W VV

T VV sen

θθ

= ≈= ⋅ ≈

= ⋅ ≈



De este modo, los valores introducidos aquí se ilustran en la Figura 5.8 y son: � Valor de la variable Ui de los nudos. Dicho valor será la unidad. � Valor de la variable Tij de las ramas. Dicho valor será nulo. � Valor de la variable Wij de las ramas. Dicho valor será la unidad. � Valor de la variable Utj. Dicho valor será la unidad. � Valor de la potencia activa generada Pgen de todos los nudos. Dicho valor será nulo. � Valor de la potencia reactiva generada Qgen de todos los nudos. Dicho valor será nulo.

Para obtener la solución óptima en la Prueba CC, es necesario cambiar el valor inicial del proceso iterativo para el parámetro de tensión ya que sin esto se excede el número de iteraciones a realizar.


5. Límites de reactiva generada por los generadores dispersos

La forma de obtener estos valores ya se ha comentado en el Capítulo 4 (Análisis de la red y de los resultados), pero se reescribe de nuevo las consideraciones adoptadas: � La potencia activa máxima que suministran los GD’s (recogidas en la tabla A2 del artículo [2]) será el valor asignado a la potencia aparente de cada GD. � Se acuerda tomar como potencia activa generada el 90% de dicha potencia aparente. � Se obtiene el rango de potencia reactiva como la resultante al operar como sigue: 2 2Q S P valor= − = ±



Los valores obtenidos se indican en la Figura 5.9.


6. Declaración de ecuaciones Se indica el nombre con que se nombrará a las restricciones del

problema, incluida la función objetivo, en las Figuras 5.10 y 5.11.





7. Definición de ecuaciones declaradas Se realiza colocando, tras el nombre con el que se han declarado, el

símbolo “..” seguido de su formulación correspondiente en formato GAMS. No se muestran porque las expresiones completas son muy extensas y no se distinguen con claridad. Pueden consultarse en el archivo .gms generado para obtener la solución del programa matemático planteado, es decir, modelo4bis.gms.

Se puede distinguir dos tipos de ecuaciones, aquellas definidas para ciertos nudos (bien un único nudo o un conjunto de éstos) y otras para determinadas ramas de la red.

8. Declaración del modelo y solver utilizado

Se ha elegido el nombre de ‘Proyecto’ para el modelo que se va a resolver y se encasilla como un problema ‘nlp’ (no lineal).

Además añadir que el solver utilizado es MINOS (ofrecido por el entorno GAMS). Con éste, se introducen además una serie de sentencias para aumentar la precisión de la solución.

Todo lo mencionado se observa en la Figura 5.12.




9. Variables directas de la solución obtenida Ya se ha hecho alusión a estas variables en el Capítulo 3 (“obtención de

resultados”). Se comentó que GAMS resuelve el problema de optimización en los valores óptimos de las variables U, W, T, Utj; potencias activas y reactivas generadas de todos los nudos; valor de la función objetivo y valor del cuadrado de las intensidades en ambos sentidos. Figura 5.13.


10. Variables indirectas al deshacer el cambio

De nuevo, también se hizo alusión a estas variables en el Capítulo 3 (“obtención de resultados”). Se comentó que al deshacer el cambio de variables aparecen los valores de las variables de estado, que corresponden a Vi, θi, y de otras variables secundarias, como pueden ser la toma del



transformador, las intensidades en ambos sentidos, el valor de las pérdidas e incluso valores del coseno, seno y tangente de la diferencia de desfases θij (θij= θi - θj). Se pueden ver estas operaciones en la Figura 5.14.


11. Cargar información de interés en archivo .gdx Los resultados obtenidos se cargan en un archivo .gdx mediante la

sentencia que se observa en la Figura 5.15. De entre éstos, sólo los más relevantes serán analizados en el Capítulo 4 (Análisis de la red y de los resultados) para sacar conclusiones de este proyecto.


12. Convertir archivo .gdx en archivo .xls

Se hace este cambio por facilidad a la hora de manipular los resultados y con el objetivo de colocarlos de forma ordenada para una mejor



interpretación de éstos. Se indica cómo obtener los resultados en tablas Excel en la siguiente figura:


5.4. INTERFAZ MATLAB-GAMS

Como ya se ha comentado a lo largo del proyecto, se ha hecho uso en

este estudio de las ventajas que ofrece la comunicación entre dos de los programas más potentes en la resolución de problemas matemáticos, como son MATLAB y GAMS.

Se ha utilizado la información aportada en el documento [6], donde se explican dos formas para relacionarlos. Se elige en este caso la segunda, que son aplicaciones de GDXMRW y lleva directamente al uso de otro documento [7], donde se describe las instrucciones de descarga e instalación.

En este último documento, aparecen las dos sentencias que comunican ambos programas, según el sentido de la información. Así para el traspaso de información desde MATLAB hacia GAMS se hace uso del comando writegdx y desde GAMS hacia MATLAB se utiliza readgdx (cuyas sintaxis pueden ser consultadas en los archivos descargados).

Decir que en el estudio llevado a cabo, sólo se hace uso del writegdx (interacción MATLAB�GAMS) y con éste se consigue exportar algunos



datos tratados en MATLAB y que son necesarios para la resolución del problema de optimización en GAMS. En la Figura 5.3 aparecida anteriormente, se observa cómo se realiza dicha interacción entre programas.

5.5. COMPROBACIÓN DE LA EFICIENCIA DEL MODELO CON POWERWORLD

PowerWorld es un programa computacional de simulación de sistemas

de potencia, que contiene poderosas técnicas de visualización que son utilizadas de manera interactiva, resultando así extremadamente intuitivo y fácil de utilizar.

Debido a estas características, PW resulta idóneo para ir validando los resultados y comprobar de esta forma la eficiencia del modelo propuesto. El proceso seguido, descrito brevemente, ha sido:

- una vez formulado el modelo en GAMS, lanzar este programa para resolver el problema

- con el dato obtenido de la toma del transformador de cabecera de la red, ir a PW e introducirlo en el sitio correspondiente

- al simular el reparto de carga en PW comprobar que los datos de tensiones e intensidades son similares entre éste y GAMS, teniendo en cuenta siempre posibles diferencias de redondeo

Esta aplicación ha permitido ir depurando errores desde el comienzo del estudio, tanto en redes pequeñas como en otras de mayor dimensión. Con éste incluso se ha podido simular redes que contenían elementos shunt, tanto en nudos como en ramas, para proporcionar más generalidad al estudio realizado.

5.6. ARCHIVOS .RAW GENERADOS Y UTILIZADOS Para finalizar este capítulo, y con la intención de aclarar todo el conjunto de archivos aparecidos en el desarrollo de este proyecto, se adjunta en este documento un APÉNDICE Archivos Generados donde se aporta una lista clasificada por tipo de archivo. En éste se puede comprobar, que la mayoría de los archivos nombrados son utilizados para verificar la eficacia del programa.



A continuación, se analizan aquellos archivos necesarios para obtener los resultados de este proyecto: • RED3DG.RAW: todos los nudos son tipo PQ excepto los GD’s que son PV, existe un transformador en 301-1, sin elementos en paralelo, cargas originales, con GD’s como generadores y con rangos justificados.

• RED3DG_sinDG_PQ.RAW: idem RED3DG, con PG-QG de los generadores y el slack nulos y los GD’s como nudos PQ.

• RED3DG_conDGsoloP_PQ.RAW: idem RED3DG_sinDG_PQ, pero con cargas como originales-PG.

• RED3DG-2.RAW: idem RED3DG, con bloque cargas al doble.

• RED3DG-05.RAW: idem RED3DG, con bloque cargas a la mitad.

• Prueba.m: lee datos de la red y genera un archivo .gdx con éstos y otros parámetros adicionales construidos en dicho entorno para traspasarlos al programa de optimización GAMS.

• modelo4bis.gms: compactar modelo4, que implementa flujo de cargas con limitación de la intensidad por las ramas (con y sin transformador) utilizando como variables de control la reactiva generada por los GD’s, para una red con un único transformador en cabecera. Incluye ecuaciones limitando la variable Utj.

De este modo, con todos estos archivos guardados y sólo con cambiar la tensión del slack y/ó el rango de variación de la toma del transformador, si se lleva a cabo la simulación explicada al principio del capítulo se obtiene los resultados mostrados en el ANEXO III Tablas de resultados.

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