ANLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA EMPLEANDO DIGSILENT POWERFACTORY

Tabla de contenidoIntroduccin 3Descripcin 3Manejo de power factory5 3.1.Inicio de sesin y Ventana de registro53.2. Ventana de licencia 73.3.Entorno de Power Factory73.4.Administrador de la base de datos 8Elementos de la base de datos9Gua para la administracin de base de datos115.1.Creacin de proyectos 125.2. Administrador de datos.145.3. Activar o desactivar proyectos165.4. Importar Proyectos y Bibliotecas166.Sistema interconectado nacional 177.Bibliografa 19

1. Introduccin La complejidad de los sistemas de potencia ha crecido significativamente en los ltimos tiempos, especialmente debido a la integracin de energa renovable. En tal sentido, el anlisis de los grandes sistemas de potencia modernos se ha transformado en un problema de complejidad creciente. Sin embargo, el acelerado desarrollo tecnolgico ha permitido en tiempo reciente el desarrollo de programas de computacin altamente eficientes para acometer los estudios de anlisis de grandes sistemas de potencia. DIgSILENT PowerFactory, DIgSILENT PowerFactory es una muy poderosa herramienta de diseo asistido por computadora (CAD) en el anlisis de sistemas elctricos de potencia. Este programa permite al anlisis de sistemas elctricos de diversas aplicaciones: generacin, transmisin, distribucin e industrial. Este programa posee una caracterstica de integracin de funciones de clculo y base de datos, que agiliza los clculos, y combina capacidad de modelado flexible y altamente confiable con algoritmos de solucin altamente eficientes. Uno de los ms comunes procedimientos computacionales usados en el anlisis de sistemas de potencia es el clculo del flujo de potencia o flujo de cargas. La planificacin, diseo y operacin de los sistemas de potencia requieren de tales clculos para analizar el desempeo en rgimen estacionario (steady-state) del sistema de potencia bajo variadas condiciones de operacin y estudiar los efectos del cambio en configuraciones y equipos.

2. Descripcin

Este curso terico-prctico est enfocado al anlisis de contingencias y del flujo ptimo de potencia en DIgSILENT PowerFactory. La primera parte del curso se enfoca en el anlisis de fallas (n-1), (n-2), etc., la evaluacin de los resultados y el anlisis de la efectividad para la determinacin de posibles medidas correctivas. La segunda parte se enfoca en el flujo ptimo de potencia y presenta las diferentes opciones de restriccin, funciones objeto a minimizar, inicializacin y evaluacin de los resultados. Los estudios de flujo de potencia, es una herramienta muy importante de planificacin, en forma muy simple, este determina el estado del sistema en condiciones de rgimen estacionario. Sin embargo, en los sistemas de potencia reales, la solucin del flujo de potencia en ocasiones requiere considerar una serie de restricciones para cumplir con una funcin objetivo, dando origen al denominado flujo de potencia ptimo (optimal power flow OPF). El OPF nace con el problema del despacho econmico. Este problema empez a ser discutido a partir de 1920, o quiz un poco antes, cuando se debi repartir la carga total del sistema entre el nmero de unidades de generacin disponibles. Hoy por hoy, el problema de OPF es ms complejo que nunca pues requiere de una gran cantidad de restricciones y posibles objetivos sumamente complicados. Algunas restricciones aplicadas pueden ser: (a) tcnicas (por ejemplo prdidas, lmites de potencia reactiva, lmites de potencia activa, etc.) (b) econmicas (por ejemplo costo de generacin, costo de combustible, etc.) o incluso (c) ambientales (emisiones de CO2). DIgSILENT PowerFactory incluye una funcin de clculo de flujo de potencia ptimo (ComOpf), que es sumamente falible tanto en mtodos de anlisis como en restricciones.

Este incluye tres mtodos de optimizacin: Punto interior, Programacin linear (LP) y programacin lineal considerando restricciones de contingencia. De igual modo, permite considerar el control sobre una gran cantidad de dispositivos como despacho de generadores (potencia activa y reactiva), posicin del cambiador de tomas, etc. DIgSILENT PowerFactory es verstil en cuanto al tipo de restricciones a considerar e incluye lmite de flujo de potencia en ramas por ejemplo, que puede ser usado para limitar intercambios entre rea.

Algunos de los aspectos a considerar incluyen:

Introduccin al problema de flujo de potencia optimo Solucin del flujo de potencia ptimo. Anlisis de sensibilidad lineal. Mtodos de programacin lineal Flujo ptimo de potencia considerando restricciones de seguridad. Algoritmo de punto interior Costos incrementales de barra Funcin de Calculo de Flujo Optimo de Potencia (ComOpf) Configuracin de la funcin de clculo para flujo optimo. Optimizacin AC (mtodo del punto interior) y DC (programacin lineal) Variables de control y restricciones. Funciones objeto: minimizacin de costos, de prdidas, de rechazo de carga Anlisis de resultados. Precio marginal (marginal price) y sombra (shadow price) Configuracin de la funcin de clculo para Flujo ptimo de Potencia con Restriccin por Contingencia Optimizacin DC (programacin lineal) con restriccin por contingencias

Por otra parte, uno de los estudios ms importante de la seguridad de sistemas es el anlisis de contingencias. De este estudio puede hacer parte el sistema de generacin y transmisin y eventualmente el sistema de distribucin. Un sistema de potencia debe tener la habilidad de continuar operando bajo condiciones de falla. Esto sin embargo es dificil de lograr por los costos asociados. En lugar de esto, se considera que un sistema debe operar normalmente ante condiciones de contingencia simple, esto es, ante la aparicin de un evento simple (n-1), o lo que es lo mismo, ante la salida de una lnea de transmisin o cable, un transformador, un generador o una carga. Despus de la salida de un elemento del sistema, este debe regresar a un estado de estabilidad en un nuevo punto de operacin, dentro de los lmites de voltaje y capacidad de los elementos permitidos. El DigSILENT PowerFactory es usado muy extensivamente alrededor del mundo para anlisis de contingencias por muchas razones, pero entre ellas incluye poderosos algoritmos de solucin para el flujo de potencia en condiciones normales y anormales que permiten acometer el anlisis de contingencia en muy corto tiempo. PowerFactory permite considerar: (a) Single Time Phase Contingency Analysis y (b) Multiple Time Phase Contingency Analysis, y en ambos casos permite considerar una evaluacin nonprobabilstica (determinstica). Adems PowerFactory es muy poderoso en cuanto al tipo de contingencias a analizar, y adems permite seleccionar condiciones posteriores a la contingencia como: Load shedding, re despacho de unidades de generacin, operaciones de suicheo (apertura o cierre), cambio de tomas, etc.

Algunos de los aspectos a considerar incluyen:

Introduccin a la seguridad de sistemas elctricos de potencia. Estados de operacin de los sistemas de potencia. Factores que afectan la seguridad de sistemas de potencia. Vista general al anlisis de seguridad Factores de sensibilidad lineal (linear sensitivity factors) Flujo de potencia AC, mtodos, consideraciones. Seleccin de contigencias Relajacin concntrica Bounding. Uso de la funcin de calculo de contingencias (ComSimoutage) en PowerFactory. Definicin de casos (n-1), (n-2) etc. Anlisis y presentacin de los resultados: Reportes tipo texto, reporte tabulares Reproduccin de los escenarios de contingencia Anlisis de efectividad de generadores y QBs

3. Manejo de power factoryEn esta gua introductoria al software Power Factory 13.1, se indica en forma resumida los primeros pasos que debe dar el usuario para empezar a utilizar el programa.La instalacin del software no presenta mayores complicaciones, al colocarse el CD se obtiene una gua que le asesora en todo el proceso, cabe recalcar que el usuario final del software debe escoger la opcin denominada Instalacin completa.

3.1. Inicio de sesin y Ventana de registroPower factory asegura la informacin en base a la creacin de usuarios, los cuales pueden compartir la informacin a travs del usuario denominado Administrador.Al Iniciar el programa con el cono aparece una ventana de identificacin:

Los datos que se proporcionen en esta ventana dependern del tipo de usuario segn se indica a continuacin:Nombre: AdministradorContrasea Predefinida: AdministradorCaractersticas: El administrador no puede realizar ningn clculo pero permite tener ingreso a la informacin de todos los usuarios, as como tambin permite crear y estructurar los sistemas y bases de datos.

Nombre: DemoContrasea Predefinida: (no existe contasea)Caractersticas: El demo nicamente permite observar algunos casos de ejemplo que vienen junto al software.

Nombre: Usuario ( persona que desee utilizar)Contrasea: Definida por el UsuarioCaractersticas: Permite crear Base de datos, efectuar clculos, realizar simulaciones.Para crear un usuario nuevo nicamente escriba un nombre de cuenta en la casilla nombre, y una contrasea, en la casilla correspondiente, al presionar OK el programa pregunta si desea crear un nuevo usuario, realice clic en Si. Cada vez que desee trabajar en un proyecto de su autora tendr que identificarse.

3.2. Ventana de licencia Mediante esta ventana se indica al programa en donde buscar la llave fsica o la licencia segn sea el caso, se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones: Seleccionar en el puerto local si se tiene la llave fsica individual lista para colocarse en el computador. Seleccionar en la red (comunicacin a travs de archivos) si la licencia est en un servidor. En sta opcin se debe indicar la direccin en donde se encuentra la licencia en la seccin Directorio de Trabajo. Seleccionar en la red (comunicacin a travs de protocolos) si la licencia esta en un servidor de red; si se selecciona esta opcin se debe indicar la direccin IP del servidor.

3.3. Entorno de Power Factory

Al hacer clic en OK en la ventana de registro, se ha iniciado la sesin y se observa la siguiente ventana:

En donde:1. Barra de ttulo2. Barra de mens3. Barra de herramientas4. rea de trabajo5. rea de resultados6. Barra de estado7. Herramientas del rea de resultados

Todos las barras provistas por Power Factory 13.1 tienen la misma funcin que en cualquier programa bsico de computacin, por esta razn se menciona el uso del rea de trabajo y rea de resultados.1

rea de trabajo.- Muestra las hojas de trabajo en las cuales se esta implementando el proyecto, tambin hojas con resultados grficos u hojas con diagrama de control.rea de resultado.- Muestra los resultados de la simulacin efectuada, o errores en caso de existir.

3.4. Administrador de la base de datos

La funcin de la base de datos es organizar la informacin existente en proyectos, casos de estudio, bibliotecas, archivos de resultados, etc. adems permite abrir, guardar, compartir, copiar, cortar, editar archivos de informacin.

La base de datos es la parte ms importante de este programa, ya que cuando se crea un nuevo usuario ste pasa a ser parte de un rbol jerrquico en la que el usuario viene hacer la raz de todos los archivos que se vayan creando. Todos los usuarios tienen el mismo nivel jerrquico, as como las bibliotecas y archivos comunes para todos los usuarios.

Es posible ingresar a la base de datos, siguiendo la ruta: Archivo\Abrir un nuevoAdministrador de base de Datos. Otra forma directa de ingresar es haciendo clic en el primer cono de la barra de herramientas. Como se muestra en la figura 4.

Las carpetas y bibliotecas son la parte esencial del software Power Factory, con una base de datos bien estructurada, el proceso de creacin y anlisis de proyectos se vuelve fcil.

4. Elementos de la base de datos

Antes de mencionar los elementos de la base de datos, es conveniente mencionar que existen los siguientes tipos de carpetas:

Representa la carpeta del usuario: bajo sta se pueden organizar proyectos, casos de estudios y bibliotecas.

Representa una carpeta de biblioteca: dentro de sta se encuentran los elementos y equipamiento necesario para crear un sistema elctrico como generadores, lneas, torres, etc.

Representa una carpeta normal dentro de la cual se puede almacenar un conjunto de proyectos, o un conjunto de bibliotecas.

Representa una carpeta de resultados; en la cual los datos solicitados se encuentran tabulados y accesibles para ser tratados en cualquier otro software.

Es posible visualizar en el Administrador de base de datos las siguientes herramientas:

En donde:1. conos de desplazamiento.- Permiten desplazarse a niveles superiores, einferiores dentro del rbol jerrquico. Los conos estn descritos deizquierda a derecha.2. conos de edicin.- Permiten crear, eliminar, cortar, copiar y pegar loselementos seleccionados en el rbol jerrquico.3. Herramientas de usuario:

Permite editar los archivos seleccionados, si selecciona una carpeta,permite cambiar su nombre, el tipo de carpeta o colocar una palabra clavepara ser localizado rpidamente; si selecciona un proyecto, permitecambiar unidades, colocar una pequea descripcin, etc.

Actualiza los elementos de la base de datos, colocando en primeraprioridad los ms utilizados.

Amplia la ventana de subcarpetas, permite observar ms datos acercadel objeto seleccionado, por ejemplo se ha seleccionado el archivo DFIGExample del usuario Demo, y se ha presionado el botn :

Han aparecido dos pestaas: Datos Flexibles, y Datos Bsicos. La primera datos flexibles permite observar el archivo de variables con el cual se est trabajando; la segunda datos bsicos nicamente permite observar aspectos generales de la carpeta seleccionada, como por ejemplo frecuencia del sistema.

Filtra los elementos que se encuentran dentro de una carpeta, por ejemplo si selecciona un proyecto y presiona este botn, se mostrar elcono que permiten filtrar elementos especficos colocados en el proyecto, como generadores, barras, cacondensadores, etc

Permite seleccionar el Archivo de variables o resultados con el cual se desea trabajar y de acuerdo al anlisis que se necesite, desplegar flujo de carga, cortocircuitos u otro.

Actualiza la base de datos.

Permite buscar un elemento determinado a travs de filtros. Tambin permite crear un nuevo filtro.

Permite cambiar las fuentes con las que se muestran los datos en las ventanas.

Permite mostrar una barra para introducir comandos de Power Factory.

Permite importar un proyecto, bibliotecas, o archivos de DIgSILENT.

Permite exportar un proyecto o una carpeta de datos. El proyectodebe estar desactivado para que se exporte de forma correcta

4. rea designada para el rbol jerrquico.5. rea designada para mostrar subcarpetas de la carpeta seleccionada en el rbol jerrquico.6. rea designada para introducir comandos.

5. Gua para la administracin de base de datos

Una vez concluida estos pasos es posible observar la base de datos del SNI al 2006 junto al diagrama unifilar en el software Power Factory, sta base de datos incluye:

Datos detallados de generadores que incluyen: impedancias, contantes de tiempo, constantes de inercia, sistema de regulacin de voltaje, velocidad, y PSS con sus respectivas configuraciones. Impedancias y longitud de las lneas de transmisin del Sistema Nacional Interconectado. Datos de conductores utilizados en lneas de 138 kV y 230 kV Datos detallados de transformadores como: Reactancias de secuencia, taps configuracin. Datos de compensacin reactiva como: Posicin y potencia.Cuando se ingresa a Power Factory ya se ha creado una primera carpeta que tiene el nombre del usuario. Esta carpeta encabezar a los archivos y proyectos que se vayan a crear.Dentro de la carpeta del usuario se procede a crear una nueva carpeta para almacenar datos de generadores, lneas o cargas, es decir una biblioteca de usuario. Esto se logra nicamente haciendo clic derecho en el nombre de usuario luego clic en Nuevo y por ltimo clic en Carpeta.

La siguiente ventana que aparece permite crear carpetas de biblioteca o carpeta generales, una vez llenos los campos solicitados se da clic en OK.

5.1. Creacin de proyectos

Para empezar a trabajar en PowerFactory se crear un nuevo proyecto. En la barra de herramientas File _ New apareciendo la ventana de la Figura 11. En lo que sigue, ser el botn de edicin y ser el botn de opciones. En el botn de opciones se elige el directorio donde se quiere tener el nuevo proyecto (ya se ha dicho que en este estudio ser FAG). En el botn de opciones se pueden agregar datos al directorio.

Se observar que esta ventana es usada para crear otros tantos nuevos elementos.Para crear un nuevo proyecto debe seleccionarse Project como opcin. Como nombre del nuevo proyecto puede elegirse el que se quiera.

Presionando Execute, un nuevo proyecto ser creado. Un proyecto deberacontener al menos una red y al menos un caso de estudio. Una segunda ventana aparece para permitir al usuario especificar el nombre y la frecuencia nominal de la nueva red creada automticamente.Tras presionar OK aparece la ventana de trabajo de PowerFactory

5.2. Administrador de datos.

El administrador de datos provee al usuario con todas las caractersticas para gestionar y mantener todos los proyectos y los datos de todas las etapas del sistema. Da tanto una vista completa del sistema como base de datos tanto como informacin detallada sobre los parmetros de los elementos del sistema de potencia y otros elementos.

Pueden definirse nuevos casos de estudio, pueden aadirse nuevos elementos, nuevas etapas del sistema pueden ser creadas, activadas o eliminadas, los parmetros pueden cambiarse, copiarse, etc. Todas estas acciones pueden ser controladas a travs del administrador de datos.

Este administrador de datos usa una representacin en forma de rbol de toda la base de datos al completo, en combinacin con un verstil navegador de datos [6]. Si se presiona el primer icono de la barra de herramientas, , llamado New Data Manager aparece dicho rbol donde irn colgando todas las redes creadas del directorio creado para esto, en este caso FAG. La ventana del administrador de datos tiene las siguientes partes:

La barra de ttulo, que muestra el nombre y la ruta de la carpeta que actualmente est seleccionada en la base de datos

La barra de herramientas local.

En la parte superior izquierda de la ventana, se muestra una representacin simblica de rbol de la base de datos al completo

La parte inferior izquierda de la ventana puede ser usada por usuarios con experiencia para introducir comandos directamente en lugar de usar los comandos interactivos de botones y cuadros de dilogo. Por defecto esta parte de la ventana no se muestra. Para ms informacin ver apartado 6.8 del manual de PowerFactory.

Entre el rbol y la lnea de entrada se muestra el listado histrico que puede ser usado para realizar clculos en bloque.

La ventana de entrada de comandos y el listado histrico son abiertos y cerrados por el icono.

En la parte derecha se muestran los contenidos de la carpeta actual seleccionada.

Por debajo del navegador de la base de datos o rbol y de la ventana de entrada se encuentra la barra de salida de mensajes que muestra el estado actual del administrador de datos.

Hay ciertas caractersticas especiales del administrador de datos a las que se puede acceder en cualquier momento cuando el contenido de una carpeta se est mostrando:

Globo de texto: no slo est disponible para los botones de la barra de herramientas y las partes activas de la barra de mensajes o del navegador, tambin para los campos de datos [a].

Los cuadros de nombre en cada columna; hacer clic sobre cualquier nombre para ordenar el tipo en la columna; con el primer clic los tipos se ordenan en orden ascendente y con el segundo clic se ordenan en orden descendiente [b].

Los botones de objeto muestran en la primera columna el icono estndar del elemento en el navegador de la base de datos: cada objeto est representado por un botn. Con un clic se selecciona el objeto y con doble-clic aparece la ventana de caractersticas o de edicin del objeto en s [c].PowerFactory asigna muchas funciones al botn derecho del ratn. Cada objeto o carpeta puede ser seleccionado con el botn derecho para hacer aparecer un men. Para el mismo objeto el men presentar diferencias dependiendo de si el objeto seleccionado se encuentra en el lado derecho o izquierdo del administrador de datos, es lo que en el manual se le llama context sensitive menus. Generalmente, el lado izquierdo del administrador mostrar carpetas de objetos slo; es decir, objetos que contienen otros objetos dentro. El lado derecho del administrador mostrar carpetas de objetos tanto como objetos individuales.

5.3. Activar o desactivar proyectos

Para poder trabajar en un proyecto, ste debe estar activo, los siguientes pasos permiten activar o desactivar un proyecto: clic derecho en el nombre del proyecto y luego activar o desactivar segn sea el caso. Al realizar este proceso se activa el proyecto junto a un Caso de Estudio, si se desea trabajar con otro caso de estudio se debe activarlo realizando clic derecho en el caso de estudio y presionando Activar. nicamente se activar un proyecto por usuario o un solo caso de estudio por proyecto.

Los proyectos y casos activos se identifican debido a que su cono se torna rojo como se muestra para un caso de estudio:

Caso de estudio activo

Caso de estudio inactivo o desactivado

5.4. Importar Proyectos y Bibliotecas

Para este ejemplo se ha previsto la base de datos del SNI la cual se encuentra en el medio magntico del anexo 2. Para poder observarla es necesario que se desactive todos los proyectos. Como primer paso es necesario ubicarse en el nombre de usuario de la base de datos y presionar el cono para proceder a buscar el archivo Biblioteca Ecuador.dz. Luego presionando el mismo cono abrir el archivo Unifilar Zonas-SNI.dz, por ltimo activar el archivo Ecuador Agosto 16 0 MW.dz . En el archivo abierto es posible observar todo el SNI en varias hojas.Mediante el cono se puede obtener un filtro para verificar todas las caractersticas de los elementos del sistema.

6. Sistema interconectado nacional

El diagrama del sistema interconectado nacional descargado de www. Coes.org.pe Base Datos del SEIN DigSILENT 2014-2018_Dic2013 se encuentra en el Cd adjunto del informe.

7. Bibliografa

http://dspace.ucuenca.edu.ec/bitstream/123456789/4325/1/TESIS.pdf http://www.digsilent.de/bottoms/DemoVersion/V141/Whats_New_V14.1.pdf http://www.slideshare.net/pesfieeunac3/gua-bsica-de-digsilent-power-factory http://jlmatosmeza.blogspot.com/p/digsilent-14.html http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/877/1/CD-1742(2008-10-14-10-34-14).pdf http://e-archivo.uc3m.es/bitstream/handle/10016/16829/TFG_VICTOR_RODRIGUEZ_FERRERO.pdf?sequence=1 http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/708/1/CD-1655(2008-08-05-10-04-56).pdf http://www.asep.gob.pa/electric/Anexos/ANEXO_31_expa.pdf

ANLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA EMPLEANDO DIGSILENT POWERFACTORYPgina 2