Capítulo 3. DIgSILENT PowerFactory

3.1 Introducción

En este capítulo se hará una breve descripción del programa seguida de un pequeño manual de usuario en el que se hará referencia a nociones básicas de utilización de dicho programa y se profundizará en las herramientas usadas para la obtención de resultados de este proyecto. Es importante resaltar que todo el trabajo se irá almacenando en un directorio que deberá ser creado por el administrador una vez instalado el programa que en el caso de este proyecto se llama FAG.

3.2 Descripción general del programa

El programa de cálculo DIgSILENT es una herramienta computarizada avanzada de diseño asistido en ingeniería para el análisis de sistemas eléctricos de potencia comerciales, industriales y a gran escala. Ha sido diseñado como un avanzado, integrado e interactivo paquete computacional dedicado a los sistemas de potencia para lograr los objetivos principales de planificación y operación.

La naturaleza actual de los sistemas eléctricos de potencia es la de ser una compleja estructura formada por miles de elementos: generadores, transformadores, líneas, cargas etc., cada uno de los cuales tiene asociado elementos de medición, control, etc. de una naturaleza compleja. A futuro, la complejidad y las dimensiones de los problemas asociados a los sistemas de potencia aumentará. En tal sentido, los análisis de estos sistemas requieren de una poderosa herramienta como DIgSILENT PowerFactory para acometer en forma adecuada los estudios que la planificación y operación de sistemas de potencia requiere.

3.3 Manual del usuario

3.3.1 Disposición de los datos / Estructura.

En PowerFactory hay dos conjuntos distintos de información que pueden ser definidos [6]:

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• Datos que pertenecen directamente al sistema en estudio, es decir, datos eléctricos. • Los datos de la gestión del estudio, por ejemplo, lo que los gráficos deben

mostrar, las opciones elegidas para un flujo de carga, las áreas de la red que deben ser consideradas para el cálculo, etc.

Los datos eléctricos en sí también se pueden dividir en conjuntos lógicos. Cuando se construye un sistema de potencia se hacen uso de los materiales o componentes estandarizados, un rollo de cable, por ejemplo. En términos simples, se puede describir el cable eléctrico por su impedancia por km de longitud, mientras que todavía está en el tambor de cable, es decir, sería información genérica de este cable, se denominarán datos “tipo”, Type en PowerFactory.

Cuando se corta una longitud del cable para la instalación, la información del tipo de cable es retenida en una forma modificada, como sigue: 600 m de cable que tiene una impedancia del tipo de ‘Y’ Ohm/km, tendrá ahora una impedancia de ‘0.6*Y’ ohmios.

Así, se puede ver que la longitud del cable, 0.6 km, puede ser visto como un conjunto separado de la información. Este conjunto contendrá toda esa información en particular de la instalación o aplicación concreta del trozo de cable que se está considerando. Información tal como el factor de corrección de la línea tendida, su nombre local, los nodos que se conectan en cada extremo; en otras palabras, toda la información que no es genérica caerá siempre en este conjunto. En PowerFactory se le llama a esto “Element Data”, datos de los elementos.

Esto significa que en la actualidad hay tres grupos distintos en los que se tienen

que organizar los datos. Si se mira PowerFactory como el explorador de Windows serían tres carpetas que se llaman:

• Grid: Red en español y contiene todos los datos del elemento. • Library: Librería o biblioteca que contiene todos los datos de tipo, es decir, datos

Type. • Study Case: Caso de estudio y contiene todos los datos de la gestión del estudio.

También hay que albergar a estas tres carpetas dentro de una carpeta en un nivel más alto, con el fin de organizar los datos para las diferentes redes que se puedan estudiar. Esta carpeta en nivel más alto se le llama “Project” que sería la carpeta de proyecto.

Figura 7 - Estructura de un proyecto de PowerFactory en el administrador de datos.

La Figura 7 muestra una instantánea de las carpetas del administrador de datos. La lista contiene los siguientes tipos de datos:

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• Carpeta de usuario: que en este caso el nombre es Raj1. Esta carpeta es una carpeta de sistema (la cuenta de usuario) que se crea cuando el usuario inicia PowerFactory.

• Proyecto: en este caso se llama Simple Power System y es el marco del que colgarán el resto de subcarpetas del proyecto.

• Red: contiene todos los “Element Data”. Se pueden ver desde el administrador de datos o haciendo doble clic en ellos desde el esquema unifilar. También posee esta carpeta los datos de los objetos gráficos, que pueden pertenecer a uno o más diagramas de red. El usuario debe abstenerse de la edición de este tipo de datos ya que se crean automáticamente y requiere cierta experiencia para manipularlos.

• Caso de Estudio: contiene los datos de la gestión del estudio, las herramientas y la configuración de las herramientas que se utilizan para realizar los cálculos y la visualización de los resultados. El usuario no necesita preocuparse sobre el caso de estudio ya que se crea y se asigna automáticamente.

• Biblioteca o Librería: cuenta con todos los datos de tipo, “Type”. Dos elementos diferentes, por ejemplo: líneas, pueden hacer referencia al mismo dato “tipo”.

3.3.2 Preliminares.

Lo primero que aparece cuando se abre el programa es una ventana que pide el nombre de usuario y contraseña (Figura 8).

Figura 8 - Ventana de usuario y contraseña.

Una vez metidos los datos requeridos se presionará el botón OK. Después saldrá una ventana de aviso en la que se recuerda que DigSilent PowerFactory no tiene la opción

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de guardar el trabajo, es decir, en este programa todo lo que se realiza queda automáticamente guardado, no tiene la opción de deshacer con lo que hay que ser meticuloso y cuidadoso con lo que se hace y además, como la propia ventana de la Figura 9 dice, es recomendable hacer una copia diaria de la carpeta donde se va guardando automáticamente el trabajo realizado. Más adelante se explicará otro modo de guardar el trabajo exportando datos.

Figura 9 - Ventana de aviso.

Al presionar OK aparece la ventana de trabajo de PowerFactory:

Figura 10 - Ventana de trabajo de PowerFactory.

Se observan en ella las barras de herramientas generales, donde se encuentran los comandos de archivo, cálculos, ayuda, etc.

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3.3.3 Creando un nuevo proyecto.

Para empezar a trabajar en PowerFactory se creará un nuevo proyecto. En la barra

de herramientas File � New apareciendo la ventana de la Figura 11. En lo que sigue, será el botón de edición y será el botón de opciones. En el botón de opciones se elije el directorio donde se quiere tener el nuevo proyecto (ya se ha dicho que en este estudio será FAG). En el botón de opciones se pueden agregar datos al directorio.

Figura 11 - Creación de un nuevo proyecto.

Figura 12 - Ventana de edición de la nueva red.

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Se observará que esta ventana es usada para crear otros tantos nuevos elementos.

Para crear un nuevo proyecto debe seleccionarse Project como opción. Como nombre del nuevo proyecto puede elegirse el que se quiera.

Presionando Execute, un nuevo proyecto será creado. Un proyecto debería contener al menos una red y al menos un caso de estudio. Una segunda ventana aparece (Figura 12) para permitir al usuario especificar el nombre y la frecuencia nominal de la nueva red creada automáticamente.

Tras presionar OK aparece la ventana de trabajo de PowerFactory (Figura 13).

Figura 13 - Zona de trabajo de PowerFactory y partes que la forman.

3.3.4 Administrador de datos.

El administrador de datos provee al usuario con todas las características 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 información detallada sobre los parámetros de los elementos del sistema de potencia y otros elementos.

Pueden definirse nuevos casos de estudio, pueden añadirse nuevos elementos, nuevas etapas del sistema pueden ser creadas, activadas o eliminadas, los parámetros

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pueden cambiarse, copiarse, etc. Todas estas acciones pueden ser controladas a través del administrador de datos.

Este administrador de datos usa una representación en forma de árbol de toda la base de datos al completo, en combinación con un versátil navegador de datos [6]. Si se

presiona el primer icono de la barra de herramientas, , llamado New Data Manager aparece dicho árbol donde irán colgando todas las redes creadas del directorio creado para esto, en este caso FAG. La ventana del administrador de datos tiene las siguientes partes (Figura 14):

• La barra de título, que muestra el nombre y la ruta de la carpeta que actualmente está seleccionada en la base de datos (marca 1 de la Figura 14).

• La barra de herramientas local (marca 2 de la Figura 14). • En la parte superior izquierda de la ventana, se muestra una representación

simbólica de árbol de la base de datos al completo (marca 3 de la Figura 14). • 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 diálogo. Por defecto esta parte de la ventana no se muestra (marca 4 de la Figura 14). Para más información ver apartado 6.8 del manual de PowerFactory.

• Entre el árbol y la línea de entrada se muestra el listado histórico que puede ser usado para realizar cálculos en bloque (marca 5 de la Figura 14).

• La ventana de entrada de comandos y el listado histórico son abiertos y cerrados

por el icono (marca 6 de la Figura 14).

Figura 14 - Data Manager de PowerFactory.

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

(marca 7 de la Figura 14). • Por debajo del navegador de la base de datos o árbol y de la ventana de entrada se

encuentra la barra de salida de mensajes que muestra el estado actual del administrador de datos (para más información ver el apartado 6.2.5 del manual).

Figura 15 - Menús de botón derecho de PowerFactory.

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

• Globo de texto: no sólo está disponible para los botones de la barra de herramientas y las partes activas de la barra de mensajes o del navegador, también 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].

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 55

• Los botones de objeto muestran en la primera columna el icono estándar del

elemento en el navegador de la base de datos: cada objeto está representado por un botón. Con un clic se selecciona el objeto y con doble-clic aparece la ventana de características o de edición del objeto en sí [c].

PowerFactory asigna muchas funciones al botón derecho del ratón. Cada objeto o carpeta puede ser seleccionado con el botón derecho para hacer aparecer un menú (Figura 15). Para el mismo objeto el menú presentará 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 mostrará carpetas de objetos sólo; es decir, objetos que contienen otros objetos dentro. El lado derecho del administrador mostrará carpetas de objetos tanto como objetos individuales.

3.3.5 Construyendo esquemas unifilares a partir de datos importados.

Figura 16 - Ventana para importar datos.

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Cuando el diseño de un sistema de potencia es importado desde otro programa,

sólo la información no gráfica es considerada (sólo algunos de los convertidores provistos por PowerFactory podrán también importar archivos gráficos). Aunque esto incluye la conexión de datos en la forma de “desde-hacia” campos de datos, los gráficos de los esquemas unifilares normalmente no son importados. Después de importar, un nuevo esquema unifilar puede ser construido usando la información contenida en la base de datos importada (apuntar que esto no significa que el usuario no podrá realizar flujos de cargas y otros cálculos inmediatamente después de importar; esto puede ser realizado). En este proyecto se importarán archivos “.raw”.

En la barra de herramientas:

File -> Conversion -> PSS/E -> Import apareciendo la ventana de la Figura 16.

Se pondrá el valor de la frecuencia a 50 Hz, en PSS/E Raw Data se presionará en el cuadrito con los puntos suspensivos para buscar el directorio y carpeta donde se encuentran los archivos .raw a cargar (apareciendo la ventana de la

Figura 17) y en Save Converted Data in, en Project se pondrá el nombre elegido para la red y en in se presionará el cuadrado con la flecha hacia abajo para buscar el directorio que se va a usar.

Figura 17 - Ventana de búsqueda de archivos a importar.

En la pestaña “Buscar en” se elegirá la carpeta donde se encuentra el raw a cargar, se seleccionará y se presionará al botón “Abrir”. En la ventana de salida, que es la que se tiene debajo de la ventana gráfica, aparece información de todas las acciones que se van realizando (Figura 18).

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Figura 18 - Ventana de salida de mensajes de PowerFactory.

A continuación, de nuevo en la barra de herramientas:

File -> New apareciendo la ventana de la Figura 19.

Figura 19 - Ventana de creación de un nuevo caso de estudio.

Donde aparece Name se pondrá el nombre elegido para la red a cargar y se marcará la opción Single Line Graphic (gráfico de esquema unifilar). Presionar Execute. Aparece ahora la ventana de trabajo de PowerFactory con todas sus barras de herramientas, ventana gráfica y ventana de salida (Figura 13).

Presionando ahora el icono Draw Existing Net Elements , aparece otra ventana con todos los elementos que existen en la red cargada desde el raw (Figura 20):

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Figura 20 - Elementos existentes en una red cargada desde un archivo.

Se dibujan usando la barra de herramientas de dibujo que aparece en la parte derecha de la ventana de trabajo de PowerFactory (Figura 13 y Figura 22).

Figura 21 - Ventana que muestra los elementos existentes o a dibujar. En este caso, filtrados por barras o terminales.

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Esta lista puede ser filtrada y mostrar sólo un tipo de elemento (terminales, cargas,

etc.), eligiendo la herramienta de dibujo en concreto, o puede mostrar todos los elementos que contiene la red si no se selecciona ninguno en concreto. Cuando el usuario hace clic en el área de trabajo para dibujar el elemento, éste desaparece de la lista y aparece en el gráfico; el siguiente elemento de la lista es el que aparece ahora en primer lugar listo para ser dibujado.

Se presiona el icono de barras y, en ese momento, en la ventana de los elementos existentes en el raw sólo aparecerán las barras existentes que irán desapareciendo conforme se vayan dibujando (Figura 21 y Figura 23).

Figura 22 - Barra de herramientas de dibujo.

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Figura 23 - Ventana de elementos existentes y ventana gráfica.

Para girar una barra sólo se tendrá que presionar Control mientras se hace clic para dibujarla o también, una vez dibujada, se puede seleccionar haciendo clic sobre ella y con el botón derecho elegir la opción Rotate donde aparece la opción de rotarla en el sentido de las agujas del reloj, o en contra, 90 grados o 180 grados.

Cuando se han dibujado todas las barras, esta ventana queda vacía hasta que se selecciona el siguiente elemento de la red a dibujar, llenándose con todos los elementos existentes de este tipo. Se usarán en este proyecto los siguientes elementos, aunque como es observable en la barra de herramientas de dibujo hay más. Dejando el ratón sobre ellos, sin hacer clic, aparece su nombre.

• barras, terminales o nudos.

• cargas.

• batería de condensadores en paralelo.

• inductancias en paralelo.

• líneas.

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• transformadores de dos devanados.

• motor síncrono.

En el caso de las líneas y los transformadores, la ventana de elementos existentes indica los nudos que éstos unen y de cuál a cuál de ellos va.

Figura 24 - Ventana de elementos existentes mostrando líneas.

Figura 25- Ventana gráfica y ventana de elementos existentes.

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Se observa el trazado de las líneas en un color más claro que los demás elementos.

Esto es debido a que las líneas están marcadas como “fuera de servicio” (Out of service). A continuación se explica cómo ponerlas en servicio.

Figura 26 – Administrador de datos.

En el Data Manager o administrador de datos o árbol de redes, en Home, aparecen todos los elementos que contiene la red y se puede apreciar cómo las líneas tienen marcada la opción out of service (Figura 26); sólo hay que hacer doble clic sobre el cuadradito de verificación para que desaparezca la marca y presionar intro para que se guarde cada cambio. Ahora aparecerán todas las líneas del gráfico en el mismo tono de color, puesto que ya se encuentran en servicio (Figura 27).

Figura 27 - Esquema de la red de 5 nudos en la ventana gráfica de PowerFactory.

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De esta forma se tendrá la red completamente dibujada y cada elemento contendrá

internamente los datos importados desde el archivo raw. Para ver la información que contiene cada elemento sólo hay que hacer doble clic sobre él abriéndose un cuadro de diálogo en el que aparece dicha información. A continuación se habla de estos cuadros para cada uno de los diferentes elementos usados en la realización de este proyecto.

3.3.6 Modificar propiedades de los elementos.

Cada elemento de una red tiene una información interna, como se ha dicho antes. Para poder tener acceso a ella o modificarla sólo hay que hacer doble clic sobre el elemento en cuestión. Se describe a continuación, brevemente, cada uno de estos elementos. Puesto que PowerFactory ofrece gran cantidad de cálculos hay muchas variables en cada uno de ellos, por eso, este apartado se centrará en aquellas más relevantes para los cálculos realizados en este proyecto que prácticamente serían las relativas a las características de los elementos y el flujo de cargas. Hay más apartados para cálculos de cortocircuito, transitorios y optimización, entre otros, que no se usarán. Se harán referencias al manual de PowerFactory en el que, aparte de la información para usar el programa, proporciona unas referencias técnicas en formato pdf (a través de un enlace directo en dicho manual) en las que se explican los cálculos para la introducción correcta de los parámetros o datos. También se tendrán en el manual del programa, para cada elemento, tablas con todas las entradas de datos posibles para dicho elemento.

3.3.6.1 Generador.

En PowerFactory existen dos tipos de máquinas generadoras: las síncronas y las asíncronas. Ambas pueden ser usadas con funcionamiento motor o generador. En este trabajo se han usado máquinas síncronas. De su ventana de características se usan dos pestañas para realizar los cálculos de este proyecto: Basic Data y Load Flow.

• Basic Data: (Figura 28) donde aparece el nombre del generador, se elige entre funcionamiento motor o generador, se puede elegir el valor de la impedancia a tierra y si está en servicio o fuera de servicio. Hay dos desplegables: Type y Terminal.

o Type: Si se pincha sobre el botón de opciones aparecen las opciones de la Figura 29, propiamente dicho, que muestran los diferentes tipos de generadores que se pueden tener:

� Select Global Type: (Figura 30) donde aparecen los tipos de generadores que se tienen en la librería del programa. Eligiendo uno de ellos se tendrían las características de éste.

� Select Project Type: para elegir uno de los tipos creados en el proyecto (Figura 31).

� New Project Type: para crear un tipo de generador con las características que se deseen. En la Figura 31 se observa la pestaña Basic Data donde se introduce la potencia aparente del generador, la tensión, el factor de potencia y el tipo de conexión. En la Figura 32, la pestaña Load Flow muestra los límites de reactiva junto a las impedancias de secuencia. Por defecto, los límites son -100 Mvar

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para el mínimo y 100 Mvar para el máximo. Si se pincha en la flecha que aparece en este apartado, se puede elegir la unidad (Figura 33).

� Remove Type: elimina el tipo creado que se encuentra seleccionado.

Para editar estos valores se presionará el botón de edición. Si presiona el botón de opciones se volverá a crear un nuevo tipo. Si se ha elegido un elemento de la biblioteca al presionar el botón de edición no se podrán cambiar los datos o parámetros, la ventana que aparecerá será sólo en modo lectura.

Figura 28 - Pestaña de datos básicos en la ventana de características de los generadores.

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Figura 29 – Desplegable de edición en Type de la ventana de características del generador.

Figura 30 - Librería de generadores de PowerFactory.

o Terminal: Si se presiona el botón de opciones, se tiene la Figura 34. � Select: Aquí aparece la celda que posee cada elemento y se puede

cambiar (Figura 35). � Reset: Elimina el generador después de presionar OK. � Open/Close swich y Edit Relays: se usan en el caso de que se hayan

usado interruptores o relés en la conexión del trafo.

Si se pincha sobre el botón de edición y se ha seleccionado en Select una celda aparecerá la Figura 36 donde se vuelven a tener los dos

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 66

botones desplegables. El primero de ellos, en otro apartado que también se llama Terminal, conduce a la ventana de características de la barra o nudo al cual está conectado el generador. En el segundo, llamado Connected with, si se presiona el botón de edición aparece Select y Reset. En Select aparecen las celdas a las que puede ir conectado el elemento y Reset es para eliminarlo. Se comporta igual que el apartado Terminal general que se tenía al principio en la ventana de características.

Figura 31 - Pestaña Basic Data en la creación de un tipo de generador.

Figura 32 - Límites de potencia reactiva en la creación de un tipo de generador.

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 67

Figura 33 - Elección de unidades para los límites de potencia reactiva de un generador.

Figura 34 - Desplegable de edición en Terminal de la ventana de características del

generador.

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 68

Figura 35 - Selección de la celda de los elementos en la ventana de características del generador.

Figura 36 - Desplegable de edición del apartado Terminal.

• Load Flow: Figura 37. En ella aparecen todos los valores introducidos en Basic Data sobre el tipo de generador. También se podrá adjudicar al generador las potencias activa y reactiva que inyecta o consume. En Reactive Power Limits si se marca Use Limits specified in type aparecerán los límites elegidos en la pestaña Basic Data y si no se marca aparecerán los límites por defecto: -100 y 100 Mvar. También se decide aquí si será el generador slack o no.

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Figura 37 - Pestaña de flujo de cargas en la ventana de características de los generadores.

3.3.6.2 Centrales, barras y terminales.

En PowerFactory el elemento de barra puede ser usado para formar complejos sistemas conformados por muchas de ellas con muchos sectores y sus correspondientes cabinas o celdas.

Sin embargo, el elemento de barra tiene dos inconvenientes: debe estar siempre localizado en una central y es relativamente inflexible en la configuración de sus propios interruptores (cuando no son estándar) y las pautas de desconexión.

PowerFactory posee un objeto para representar un nudo donde una central no es requerida. El objeto es llamado “Terminal” (ElmTerm) que gráficamente es similar a una barra y se deriva del mismo tipo (TypBar). La Figura 38 muestra las posibilidades con los elementos barra y con los elementos terminal.

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 70

Figura 38 - Barras y terminales.

1. Sistemas de barras, como S1H, S1, S2H y S2, son principalmente usadas para transmisión en alta y media tensión y en sistemas de distribución. Estas barras pertenecen a una estación.

2. Terminales, como T1 y T7, pueden ser usados en un anillo para conectar dos o más cargas. Tienen caja o cuadro de resultados pero no pertenecen a una central.

3. Terminales cortos, como T6 y T8, son usados, por ejemplo, para conectar un motor o generador a través de un cable a una barra o para modelar un final de línea con varias cargas. Por defecto las cajas de resultados no se muestran en los terminales cortos. El usuario puede, sin embargo, cambiar esto haciendo clic con el botón derecho sobre el terminal corto y eligiendo 'Show Result Boxes'.

4. Un terminal puntual, como T2, T3, T4 y T5, representado como un punto, es usado para bifurcar una línea.

En este proyecto, se usarán los terminales y dentro de su ventana de características sólo la pestaña llamada Basic Data (Figura 39) ya que en la de Load Flow no se necesitan datos adicionales para realizar el flujo de cargas (Figura 40).

En Basic Data se elige el nombre de la barra o nudo, se puede poner en servicio o fuera de servicio marcando o no Out of service, en System Type elegimos corriente alterna (AC) o continua (DC), el tipo de secuencia y el uso del terminal: barra, nudo interno o nudo de unión; también la tensión a la que se encuentra el nudo. En el botón de opciones de Type se tendrán las mismas que en el caso de los generadores y se usarán de igual manera. En la Figura 41 aparece la librería para terminales de PowerFactory.

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Figura 39 - Pestaña de datos básicos en la ventana de características de una barra, nudo o

terminal.

Figura 40 - Pestaña de flujo de cargas en la ventana de características de un nudo.

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Figura 41 - Ventana que muestra la librería de terminales de PowerFactory.

3.3.6.3 Cargas.

En las cargas se usan las dos mismas pestañas que en el caso de los generadores:

• Basic Data (Figura 42) se tendrá el nombre de la carga, el tipo de carga dentro de la librería y el terminal al que pertenece. También se podrá poner en o fuera de servicio. Se tienen dos desplegables:

Figura 42 - Pestaña de datos básicos en la ventana de características de una carga.

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o Type: si se presiona el primer desplegable, botón de opciones, aparece lo

mismo que en la caso de los generadores; si se presiona el botón de edición aparece la ventana de la Figura 43 donde se elegirá si la carga va conectada a corriente continua o alterna y el tipo de conexión. Si dentro de esta ventana que aparece presionando el menú de edición se va a la pestaña Load Flow (

o Figura 44) se da un valor de tensión de la carga dependiente con la potencia activa y reactiva; esto no se ha usado en este proyecto.

Figura 43 - Ventana que muestra el tipo de carga.

Figura 44 - Dependencia de la tensión de la carga con las potencias.

o Terminal: Se tienen exactamente los mismos apartados y datos que en el

caso de los generadores.

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 74

• Load Flow: (Figura 45) en Imput Mode existe un desplegable en el que se elije los

datos a introducir a las cargas: potencia activa y reactiva, potencia activa y factor de potencia, potencia aparente y factor de potencia, etc. En función de esto cambiarán los datos a introducir en Operating Point menos la tensión y el factor de demanda (Scaling factor) al cual se le llama, en este trabajo, λ. En este proyecto se usan potencia activa y reactiva como muestra la Figura 45. En Actual Values aparecerán los valores dados a las potencias activa y reactiva multiplicados por el valor que tenga λ para mostrar la demanda de potencia que tiene la carga.

Figura 45 - Pestaña de flujo de cargas en la ventana de características de las cargas.

3.3.6.4 Batería de condensadores.

Al igual que en otros elementos, en la pestaña Basic Data se tiene su nombre y el nudo al que pertenece (Figura 46). Es muy importante en el apartado Nominal Voltage tener la misma tensión que el nudo en el cual va conectado. En Shunt Type se elije si se quiere que sea resistiva, inductiva o capacitiva. Para este proyecto tiene vital importancia los apartados Controller y Design parameter (per step) porque en ellos se define la susceptancia nominal del elemento. En Controller se pondrá el número máximo de pasos y el paso actual en el que se está. En Design parameter (per step) se da el valor de cada paso, es decir, lo que aumenta el valor de la reactiva con cada paso. En la pestaña Load Flow se tienen los mismos parámetros que en el apartado Controller (Figura 47).

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Figura 46 - Pestaña de datos básicos en la ventana de características de las baterías de

condensadores.

Figura 47 - Pestaña de flujo de cargas en la ventana de características de las baterías de

condensadores.

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3.3.6.5 Líneas.

En la ventana de características de las líneas se tiene el nombre, la longitud, si es aérea o enterrada, si es de parámetros distribuidos o concentrados, entre otras cosas. Se usará sólo la pestaña Basic Data para los cálculos necesarios en este proyecto en la que aparecen 3 desplegables (Figura 48).

Figura 48 - Ventana de características de las líneas.

En el botón de opciones de Type se elije el tipo de línea. Aparecen las mismas opciones que se tenían en el caso de los generadores (Figura 49). La diferencia radica en que en Select Project Type y New Project Type se tienen varios tipos de líneas a elegir (Figura 49): Line Type, Tower Type y Tower Geometry Type.

• Line Type, se trataría de lo que se llama línea en sí, es decir, cable que une dos nudos eléctricos.

• Tower Type (TypTow) donde las coordenadas geométricas y los parámetros del conductor son especificados. Los parámetros de la línea son calculados a partir de estos datos.

• Tower Geometry Type (TypGeo) donde las coordenadas geométricas de los conductores son especificadas.

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Figura 49 - Opciones para la creación de una línea y tipos de línea.

En Select Global Type se tiene la librería, como siempre. Hay diferentes tipos de líneas dependiendo de la tensión, el material, sección del cable, etc. (Figura 50).

Figura 50 - Librería para líneas de PowerFactory.

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3.3.6.6 Transformador.

Estos elementos presentan la ventana de características que muestra la Figura 51. En la pestaña Basic Data se tienen tres menús desplegables: el primero para elegir el tipo de transformador de la librería (Figura 54), uno creado anteriormente en el proyecto o crear uno nuevo introduciendo los datos el usuario. Los dos últimos menús desplegables son para elegir la celda del terminal en el que irán los lados de alta y baja tensión del transformador.

Figura 51 - Ventana de características de los transformadores.

Si se presiona el botón de edición de Type aparecen los parámetros o datos del transformador. En la pestaña Basic Data de la Figura 52 se introducirán los valores que se muestran: potencia, tensiones, conexiones de los devanados, etc. En la pestaña Load Flow de la Figura 53 es donde se introducirán las pautas para el ajuste del tap del transformador en cuestión. En el apartado Tap Changer se tiene Neutral Position, Maximun Position y Minimun Position que corresponden con el valor central, máximo y mínimo de la toma regulable del trafo. El valor 0 se corresponde con 1 p.u. que es el valor que se le ha dado

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 79

en este proyecto a la posición central o neutral. En Additional Voltage per Tap se decide el tanto por ciento que aumenta la tensión del lado del trafo que se haya elegido en at Side, HV para el lado de alta y LV para el de baja, en tanto por ciento. En este proyecto se ha decidido que cada toma del trafo aumente la tensión del lado de alta un 1%, teniendo como valor máximo de la toma 10 y de valor mínimo -10. Con lo que partiendo de valor central 0 que se corresponde con 1 p.u., incrementándose en cada toma un 1% se tendría un valor de 1.1 p.u. para el máximo de toma y un valor mínimo de 0.9 p.u.

Figura 52 - Ventana de edición de los parámetros del transformador en PowerFactory.

En la pestaña Load Flow de la ventana de características general (Figura 53) se tiene la elección del valor de la toma del transformador que irá de uno en uno desde -10 que se eligió como mínimo en este caso hasta 10 que se eligió como máximo aumentando en cada uno de los pasos 1%. Estos datos aparecen en esta pestaña junto a la opción de que la toma cambie o se ajuste automáticamente (Figura 55).

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 80

Figura 53 - Introducción de datos para la toma regulable del transformador.

Figura 54 - Librería para transformadores en PowerFactory.

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Figura 55 - Elección del valor del tap en el transformador.

Figura 56 - Ventana de características de la reactancia inductiva.

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 82

3.3.6.7 Reactancia.

Este elemento puede ser inductivo o capacitivo. Esto se puede elegir en el apartado Shunt Type de la pestaña Basic Data de la ventana de características del elemento (Figura 56). En este proyecto se ha usado una reactancia inductiva que consume potencia reactiva del sistema. Al igual que en el caso de la batería de condensadores es importante hacer coincidir la tensión nominal de dicho elemento con la del nudo en el que se encuentra conectado. En el menú desplegable Terminal se decide la celda a la que irá conectado en el terminal o nudo correspondiente.

El apartado Controller actúa igual que en el caso de la batería de condensadores, introduciendo los parámetros de reactiva en la pestaña Load Flow de igual modo (Figura 57).

Figura 57 - Pestaña de Load Flow en la ventana de características de la reactancia.

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 83

3.3.7 Cuadros o cajas de resultados.

Cuando se realiza cualquier tipo de cálculo en PowerFactory, como el flujo de cargas, los resultados se visualizan en la ventana gráfica a través de las cajas de resultados que posee cada elemento; en la Figura 58 se tiene este cuadro para el caso de un generador.

Figura 58 - Caja de resultados de un generador.

Figura 59 - Ventana para cambio de formato de los cuadros de texto.

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 84

Se puede modificar el resultado que se quiere aparezca en dichos cuadros de

resultados según interese. Para ello habrá que hacer clic con el botón derecho sobre la caja de resultados y se tienen dos opciones:

• Edit Format for Edge Elements: en este caso aparece la Figura 59 en cuyo apartado Line se podrán elegir de los tres desplegables el resultado que se quiere aparezca en los cuadros de resultados y en el orden que se desee. Se le cambia el formato al cuadro.

• Format for Edge Elements: en este caso se elije uno de entre los formatos existentes como se aprecia en la Figura 60, dependiendo del resultado que se quiera mostrar.

Figura 60 - Menú para modificar los resultados que muestran las cajas de resultados.

Para ver el resultado que muestra el cuadro de texto sin usar el zoom de la ventana gráfica se coloca el ratón sobre el cuadro en sí y otro cuadro mayor aparece con los resultados, las magnitudes y las medidas (Figura 61).

Figura 61 - Zoom local de los cuadros de texto.

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 85

Como dice el manual, en el apartado dedicado a estos elementos, por defecto, en las cajas de resultados de los elementos posee signo positivo el flujo de potencia que entra en ellos y negativo el flujo que sale. Para los elementos finales (generadores, cargas, baterías de condensadores, reactancias, etc.), los que no unen unos elementos con otros (que serían las líneas y trafos, entre otros) es al contrario: el flujo de potencia que sale es positivo mientras que el que entra es negativo. Esto es muy importante para el análisis del flujo de cargas.

Haciendo clic derecho sobre el fondo de la ventana gráfica, no sobre elementos, también se tiene un menú de opciones dentro del cual se pueden modificar estas cajas de resultados (Figura 62), entre otras opciones.

Figura 62 - Opciones para cambiar las cajas de resultados haciendo clic derecho sobre la ventana gráfica de PowerFactory.

3.3.8 Creando un grupo de trabajo.

En PowerFactory se tiene la opción de crear un grupo de trabajo con los elementos que se van a usar en el análisis en cuestión en lugar de tener que ir seleccionándolos uno a uno cada vez que se realiza un cálculo. Esto es útil cuando ha de realizarse muchos cálculos sobre los mismos elementos.

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 86

Para crear este grupo se seleccionan los elementos en cuestión haciendo clic sobre ellos manteniendo pulsado Ctrl. Tras esto hacer clic con el botón derecho del ratón sobre cualquiera de los elementos seleccionados y elegir las opciones Define � General Set apareciendo la ventana de la Figura 63 en el que aparecen todos los elementos seleccionados y se presiona el botón OK. De esta forma el grupo de trabajo queda creado.

Figura 63 - General Set.

En el caso de este proyecto se ha definido un grupo de trabajo con los terminales que contienen generadores y cargas, incluyendo dichos generadores y cargas, por ser los elementos que determinan la demanda y, en función de ésta, la generación.

3.3.9 Calculando el flujo de cargas.

El cálculo del flujo de cargas puede ser iniciado de dos formas distintas:

• Presionando el icono de la barra de herramientas . • Seleccionando en el menú principal Calculation � Load Flow.

Aparecerá entonces la siguiente ventana (Figura 64):

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 87

Figura 64 - Ventana de cálculo del flujo de cargas.

En la pestaña Basic Options aparece:

Network Representation

• Balanced, positive sequence: realiza el cálculo del flujo de cargas para una fase con secuencia positiva, válido para redes simétricas y equilibradas.

• Unbalanced, 3 phase (ABC): realiza el cálculo del flujo de cargas para varias fases. Puede ser usado para analizar sistemas no equilibrados trifásicos, por ejemplo, introduciendo cargas desequilibradas o líneas no traspuestas, o para analizar todos los tipos de sistemas desequilibrados como los de una o dos fases (con o sin retorno de neutro).

Reactive Power Control

• Automatic Tap Adjust of Transformers: ajusta las tomas regulables de los transformadores que tienen la opción Automatic Tap Changing activada en la pestaña Load Flow de su ventana de características.

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 88

• Automatic Shunt Adjustment: ajusta los valores de reactiva de todos los elementos

conectados en paralelo (como baterías de condensadores y reactancias) que tengan la opción Switchable activa en la pestaña Load Flow de la ventana de características.

• Consider Reactive Power Limits: Considera los límites de reactiva de los generadores. Si la opción no está activa, PowerFactory sólo muestra un mensaje de alarma avisando de que se están violando los límites.

Load Options

• Consider Voltage Dependency of Loads: considera la tensión dependiente de las cargas que tienen los factores de dependencia de la tensión kpu y kqu activados.

• Feeder Load Scaling: adapta las cargas marcadas con Load Scaling en la pestaña Load Flow de los datos elemento para igualar la carga total especificada en la opción Load Scaling del “feeder” o alimentador.

• Consider Coincidence of Low-Voltage Loads: calcula un flujo de cargas en baja tensión, donde los factores de carga coincidentes son considerados, para producir máximas corrientes por las ramas y máximas caídas de tensión. Desde que los factores coincidentes son usados el resultado de análisis en baja tensión no obedecerá las leyes de Kirchhoff en intensidades.

• Scaling Factor for Night Storage Heaters: es el factor por el que la potencia almacenada durante la noche es multiplicada por todas las cargas de baja tensión.

En la pestaña Active Power Control (Figura 65):

• Como despacho: el balance de potencia total será establecido por un generador de referencia o una red externa (slack).

• De acuerdo con el control secundario: el balance de potencia es establecido por todos los generadores considerados como un “controlador secundario”. La contribución de potencia activa por parte de cada generador es acorde con la participación de los factores de carga del controlador secundario.

• De acuerdo con el control primario: el balance se establece por todos los generadores mediante un coeficiente. La contribución de potencia activa es acorde a la caída de cada generador.

• De acuerdo a las inercias: el balance de potencia es establecido por todos los generadores. La contribución viene regida por la inercia de cada uno de ellos (el tiempo de aceleración constante).

• Considerando límites de potencia activa: los límites de potencia activa de los generadores, como se definen en cada uno de ellos, serán aplicados. Un mensaje avisará cuando un generador alcance dicho límite. Cuando está la opción desactivada, estos límites pueden ser superados en cuyo caso aparecerá un mensaje de alerta.

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 89

Figura 65 - Pestaña de elección del control de potencia activa para el flujo de cargas.

Para realizar el análisis de este proyecto se han marcado las opciones que se ven en la Figura 64 y Figura 65 presionando tras ello el botón Execute. A continuación la ventana de salida informa sobre los resultados obtenidos: límites alcanzados, iteraciones del método de Newton-Raphson realizadas y si el flujo de cargas se ha realizado satisfactoriamente. En la ventana gráfica, los cuadros de resultados darán la información que se haya elegido, como se explicó anteriormente.

Nota: si tras el flujo de cargas se realiza algún cambio, se cierra el programa o se procede a otro cálculo, los valores que muestran los cuadros de resultados no se almacenan en ninguna parte. Es una información que sólo aparece en la ventana gráfica mientras no se realicen cambios. Si se quieren guardar los resultados es necesario obtener un informe o report.

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 90

3.3.10 Informes o report.

Para guardar o ver en forma de listado, y no en la ventana gráfica o ventana de características de los elementos, la información que ofrece PowerFactory se debe usar el

icono Output Calculation Analysis.

Al presionarlo aparecerá la ventana de la Figura 66 en la que se podrá elegir la información a mostrar en un editor del programa y más tarde guardar en un archivo usando el icono de guardar que aparece a la derecha. Si se realiza de esta forma se hará en formato .out que sólo se podrá abrir con el editor de PowerFactory. Si se cierra el editor una ventana avisará de si se quieren guardar los cambios con una extensión *.* que podrá abrirse con un bloc de notas, por ejemplo. De este modo se podrán guardar los resultados del flujo de cargas como se observa en la Figura 67.

Figura 66 - Ventana de obtención de informes.

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Figura 67 - Informe del flujo de cargas de una red de 5 nudos.

3.3.11 Curvas PV.

Figura 68 - Ventana de selección del cálculo curva PV en DPL Scripts.

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 92

Dos opciones para realizar las curvas PV (curva Potencia-Tensión):

• Barra de herramientas de ejecución o principal � icono . • Botón derecho sobre un elemento de la ventana gráfica o esquema unifilar

�Execute DPL Scripts.

En ambos casos aparece la Figura 68 donde se selecciona la opción U_P-Curve y se presionará OK, apareciendo a continuación la Figura 69 donde se comprobará que en el campo Value se tiene un uno lo que quiere decir que se parte desde un λ de valor unidad.

Figura 69 - Pestaña de opciones básicas en la ventana de cálculo de la curva PV.

Se presiona el botón de opciones � Select aparece la Figura 70 y se elije General Set. Entonces se presiona OK y luego Execute y el programa realiza la curva PV. Aparecerá otra pestaña de ventana gráfica donde se tendrá el propio gráfico o curva PV. En la ventana de salida aparecerán los límites alcanzados, los valores de λ junto al valor de potencia total demandada para cada uno de ellos en las sucesivas iteraciones del flujo

Estudio de estabilidad estática de tensiones utilizando PowerFactory 93

de cargas y si se realiza con éxito o existe algún problema. En los cuadros de resultados de la ventana gráfica aparecerá la información que se haya seleccionado para ellos: potencias, niveles de carga, etc. en el último flujo de cargas de la curva PV.

Figura 70 - Selección de los elementos sobre los que se quiere representar la curva PV.

En la Figura 71 se tiene un gráfico PV de PowerFactory:

Figura 71 - Gráfico de una curva PV en PowerFactory.

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3.3.11.1 The DIgSILENT Programming Language – DPL (el lenguaje de

programación de DIgSILENT).

El lenguaje de programación de DIgSILENT ofrece una interfaz para realizar tareas automáticas en el programa PowerFactory. El método DPL es capaz de distinguir del grupo de comandos de trabajo varios aspectos:

• DPL ofrece decisiones y comandos de flujo. • DPL ofrece poder definir el usuario sus propias variables. • DPL tiene una flexible interfaz para entrada-salida y acceso de objetos. • DPL ofrece expresiones matemáticas.

El DPL añade una nueva dimensión al programa DIgSILENT PowerFactory permitiendo la creación de nuevas funciones de cálculo. El usuario puede definir los comandos de cálculo, programar sus funciones que podrán ser usadas en todas las áreas del análisis del sistema de potencia como:

• Optimización. • Dimensionamiento de cables. • Coordinación de protecciones. • Análisis de estabilidad • Análisis de contingencias • Etc.

En este trabajo no se ha programado ninguna función y sólo se ha usado el DPL para el cálculo de la curva PV.

3.3.11.2 Opciones de los gráficos.

Una vez obtenida la curva PV se puede trabajar con ella haciendo clic con el botón derecho sobre el área de ésta y eligiendo alguna de las opciones según convenga. En este trabajo se ha usado la opción Export. Si se elige dicha opción aparece la ventana de la Figura 72 donde en el desplegable aparecen más opciones. Si se selecciona Output Window los valores de la curva PV en coordenadas XY o valores PV aparecerán en la ventana de salida. Si se selecciona Windows Clipboard estos datos, de la misma forma, quedan guardados en un portapapeles para poder exportarlos a cualquier tipo de documento: bloc de notas, hoja Excel, etc.

También se puede observar que al estar en la pestaña del gráfico la barra de herramientas cambia mostrando más opciones para los gráficos (Figura 73) como poner dos de ellos en una sola pestaña, editarlos o crear un gráfico dentro o encima de otro gráfico ya existente.

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Figura 72 - Ventana de exportación de los resultados de la curva PV.

Figura 73 - Barra de herramientas para los gráficos.

3.3.12 Exportar datos.

Este apartado puede resultar interesante desde el punto de vista de que, al permitir PowerFactory exportar proyectos al completo, pueden guardarse copias de seguridad del trabajo que se está realizando.

Volviendo al administrador de datos, se hace clic con el botón derecho del ratón sobre el proyecto que se quiere exportar y se elige la opción Export Data… Importante

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que el proyecto no se encuentre activo, ya que en este estado aparecerá un mensaje de error informando de que no es posible. Al seleccionar la opción nombrada aparece la ventana de la Figura 74 donde se elegirá la carpeta donde guardar el proyecto exportado con el nombre que se desee y la extensión .dz.

Figura 74 - Ventana para elegir carpeta donde guardar datos exportados.

Cuando de nuevo se importa este archivo .dz aparece en PowerFactory el proyecto al completo tal y como se guardó, con todos sus esquemas unifilares, cálculos, gráficos, etc.