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IV. Conclusiones y recomendaciones Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización… 1/33 III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción Pereira, Marzo de 2013 Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización de fallas en sistemas de distribución. Presentado por: MSc. (c) Andrés Ricardo Herrera Orozco Director: PhD. Juan José Mora Flórez
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IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción
Pereira, Marzo de 2013
Análisis de los efectos de la variación de los
parámetros del modelo de línea, de carga y de
fuente, en la localización de fallas en sistemas
de distribución.
Presentado por:
MSc. (c) Andrés Ricardo Herrera Orozco
Director:
PhD. Juan José Mora Flórez
IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción
1. Introducción
2. Modelado de elementos de circuitos de distribución para localización
3. Pruebas y resultados con localizadores MBM y MBC
4. Conclusiones y recomendaciones
Contenido
IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción
Planteamiento del problema
I. Introducción
Continuidad del suministro Continuidad del suministro
Índices de continuidad
SAIDI SAIFI
Fallas
IV. Conclusiones y recomendaciones
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción I. Introducción
Continuidad del suministro
Metodologías para
localización de fallas
Metodologías basadas en
el conocimiento (MBC)
Metodologías basadas
en el modelo (MBM)
Como se enfrenta
Modelado del circuito
a
1 2 3 4 5
22 24
23 16
17
18 19 20
a a b c
8
21 14
25
15
S/E 7
V, I 9 10 11 12 6
13
Parámetros del modelo
Modelo de carga
Modelo de Línea
Modelo de Fuente
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción
Software de simulación
II. Modelado de elementos
Es libre y gratuito
Es una herramienta potente
Herramienta viable para realizar el
modelado de un sistema de distribución.
ATP ofrece forma de adaptar modelos
del circuito (Models).
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción
Modelado de cargas estáticas
qk
q
k
pk
p
k
bup
n
qkn
bup
n
pkn VajQVaPS ....00
100
q
k
p
k
n
qk
n
pk aa
(1)
Modelo ZIP
qpb
upn
bupn VjQVPS ....
(2)
Modelo exponencial
II. Modelado de elementos
Modelado de cargas Zcte
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción
Desarrollo del modelo
II. Modelado de elementos
Herramienta de
Models ATP Models Type-94 Norton
non-transmission
MODEL -- Nombre del modelo
INPUT ... -- Nombre de las variables de entrada separadas
por ‘,’
OUTPUT ... -- Nombre de las variables de salida
DATA ... -- Nombre de las variables externas
CONST ... -- Se pueden definir constantes en el modelo
VAR ... -- Nombre de las variables locales
HISTORY ... -- Valores por defecto de variables y
expresiones {DFLT:n}
INIT ... -- Inicializacion
ENDINIT ...
EXEC ... -- Ejecucion del programa
ENDEXEC
ENDMODEL
Lenguaje fortran
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción II. Modelado de elementos
Discretización rama RL
R
ikm
vk vm
ATP, Regla
trapezoidal
L ikm
vk vm
Circuito equivalente compañero
(3)
(4)
(5)
IV. Conclusiones y recomendaciones
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción II. Modelado de elementos
Amortiguamiento de oscilaciones numéricas
(f ile models_v ersion_25_abril_2011.pl4; x-v ar t) v :X0015A
0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-9,0
-5,2
-1,4
2,4
6,2
10,0
[kV]
Oscilación numérica en señal de tensión
L
k m
Ram
iL
iR
Agregar resistencia de amortiguamiento a L
(6)
(7)
(8)
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción II. Modelado de elementos
Discretización rama RL con Ram
(9)
(f ile Models_v ersion_23_Mar_2012_model_con_R_am_inclu_interna_Vbreak.pl4; x-v ar t) v :X0010A
0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-9,0
-5,2
-1,4
2,4
6,2
10,0
[kV]
Señal de tensión luego de abolir la oscilación
numérica
IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción II. Modelado de elementos
Implementación del modelo de la carga y ajustes
Scte
Icte
IV. Conclusiones y recomendaciones
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción II. Modelado de elementos
Validación del modelo de la carga
ATP Neplan Comparación circuito IEEE 13
Análisis de
incepción de falla
con diferentes
modelos de la carga
(f ile f alla10_b175_rf 01.pl4; x-v ar t) v :NF01A v :NF01B v :NF01C
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25[s]-30
-20
-10
0
10
20
30
[kV]
Señales de tensión
(f ile f alla10_b175_rf 01.pl4; x-v ar t) c:NF0A -NF01A c:NF0B -NF01B c:NF0C -NF01C
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25[s]-1200
-800
-400
0
400
800
1200
[A]
Señales de corriente
Señales de Tensión con incepción de falla
teniendo en cuenta la señal (I) en valor
intermedio positivo en la fase B.
Señales de corriente con incepción de falla
teniendo en cuenta la señal (I) en valor
intermedio positivo en la fase B.
Diferencias entre
las señales V e I de
los modelos de la
carga
Pre-falla circuito
IEEE 34
Falla 1φ circuito
IEEE 34
IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción
Modelado de la fuente
Modelo en
estado estable Subestación de
distribución
Línea de sub-transmisión
Interruptor de desconexión
Fusible
Transformador
Regulador de tensión
Medidores
Alimentadores primarios
Interruptores automáticos
Poseer una
potencia fija
Tener una
impedancia
interna
Zgen Vs
E0
II. Modelado de elementos
IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción II. Modelado de elementos
(f ile f igura4_New.pl4; x-v ar t) t: VRMSA t: VRMSB t: VRMSC
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0[s]0
2
4
6
8
10
12
14
16
*103
Tensión eficaz en terminales de la
fuente cuando ocurre una falla 3ϕ.
Esquema usado para el modelo del
circuito antes de la conexión con las
líneas y cargas
Modelado de la fuente
IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción
Modelado de la línea
Modelo de línea
trifásica
Nodo - n Nodo - m
+
+
+
+
+
+
Vagn
Vbgn
Vcgn
Vagm
Vbgm
Vcgm
Ian
Ibn
Icn
Iam
Ibm
Icm
ILineaa
ILineab
ILineac
Zaa
Zbb
Zcc
Zab
Zbc
Zca
[ICabc]n [ICabc]m 2
1[Yabc]
2
1[Yabc]
Modelos de líneas
Lines/Cables
Distributed Lumped LCC
- Transpuesto (Clark)
- No transpuesto (KClee)
- RLC pi equivalente
- RL acoplado
- Bergeron
- Pi
-JMarti
-Semlyen
- Noda
II. Modelado de elementos
(10)
IV. Conclusiones y recomendaciones
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción II. Modelado de elementos
Vanos nivelados
Longitud de la línea
Vanos desnivelados
Esquema para vanos nivelados Esquema para vanos desnivelados
Modelado de la línea
(11) (12)
(13)
(14)
IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción II. Modelado de elementos
Propuesta de índice de relación de impedancias a falla con MBM
Predecir desempeño
de MBM
Circuito de
prueba IEEE 34
Modelo de carga Carga del sistema de prueba
Carga nominal
100 %
Baja carga
[10-30]%
Alta carga
[135-145]% Híbrido 11.060 59.673 7.445
Original IEEE 34 10.913 59.706 7.249
Scte 9.151 58.321 5.374
Icte 10.781 59.455 7.162
Zcte 12.170 59.791 8.577
Índice de relación de
impedancia de falla (α)
para el sistema de prueba
considerando variación de
la carga
Modelo de carga Error (%) para el sistema de prueba a
Carga nominal 100 % Baja carga
[10-30]%
Alta carga
[135-145]% Híbrido -3.8 ; 0.4 -2.4 ; 0.0 -4.0 ; 0.5
Original IEEE 34 -3.4 ; 0.0 -2.3 ; 0.0 -3.5 ; 0.0
Scte -4.2 ; 0.0 -2.9 ; 0.0 -6.0 ; 8.0
Icte -4.2 ; 0.8 -2.5 ; 0.0 -4.0 ; 1.0
Zcte -2.7 ; 0.0 -2.2 ; 0.0 -3.5 ; 0.0
(15)
Error en la localización en
el sistema de prueba IEEE
de 34 nodos considerando
falla monofásica
IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción III. Pruebas y resultados con MBM y MBC
Descripción de localizadores
MBM E1 Basado en Novosel MBC Basado en SVM
(16)
Zona en falla
Distancia a la falla
IV. Conclusiones y recomendaciones
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción III. Pruebas y resultados con MBM y MBC
Descripción de circuitos de prueba
Sistema de prueba IEEE de 34 nodos como es presentado por
ATPDraw, con las cargas modeladas con el bloque de la
carga implementado
Sistema de prueba P2 como es presentado por ATPDraw, con
las cargas modelada con el bloque de la carga implementado
Sistema de prueba: Circuito IEEE 34 nodos
Nivel de tensión: 24,9 kV.
Longitud: 57,75 km - Radial de mayor longitud
Sistema de prueba: Tomado de datos reales
(circuito P2)
Nivel de tensión: 34,5 kV.
Longitud: 12,39 km - Radial de mayor longitud
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Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción III. Pruebas y resultados con MBM y MBC
Descripción de pruebas y análisis
Fallas 1φ, 2 φ y 3φ Total de registros de falla simulados: 71940
IEEE 34
Variación de la
magnitud de la
carga
Variación de la
magnitud de la
tensión de la fuente
Variación de la
longitud del
conductor de la
línea
Circuito P2
Carga 1 [10 - 30]%
Carga 2 [60 - 100]%
Carga 3 [135 - 145]%
Carga 4 [10 - 145]%
Tensión [0,95 -1,05] p.u
Línea 1 [95 – 98]%
Línea 2 [98 - 102]%
Línea 3 [102 - 105]%
Línea 4 [95 - 105]%
Híbrido
Original IEEE 34
Scte
Icte
Zcte
Scte
Zcte
Scte
Zcte
IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción III. Pruebas y resultados con MBM y MBC
Descripción de pruebas y análisis
Condición nominal
Indicadores de desempeño de los localizadores
MBM
MBC
(17)
(18)
Tensión Tensión nominal del circuito
Línea Longitud real de las líneas
Magnitud de la carga Carga promedio
Modelo de la carga Impedancia constante (Zcte)
IV. Conclusiones y recomendaciones
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción III. Pruebas y resultados con MBM y MBC
Resultados con MBM
Condición nominal
Variación de modelo y
magnitud de la carga
IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción III. Pruebas y resultados con MBM y MBC
Resultados con MBM
Variación de longitud del
conductor de la línea
Variación de magnitud
de tensión en la fuente
IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción III. Pruebas y resultados con MBM y MBC
Resultados con MBC Zonificación del circuito
IV. Conclusiones y recomendaciones
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción III. Pruebas y resultados con MBM y MBC
Resultados con MBC
Variación de modelo y
magnitud de la carga
IV. Conclusiones y recomendaciones
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción III. Pruebas y resultados con MBM y MBC
Resultados con MBC
Variación de magnitud
de tensión en la fuente
IV. Conclusiones y recomendaciones
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción III. Pruebas y resultados con MBM y MBC
Resultados con MBC
Variación de longitud del
conductor de la línea
IV. Conclusiones y recomendaciones
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción IV. Conclusiones y recomendaciones
Conclusiones
Se desarrolló e implementó un nuevo bloque para representar la carga por medio de la
herramienta de Models del ATP/EMTP. El modelo programado por medio de la
herramienta de Models en ATP, reproduce de forma correcta el comportamiento de la
carga ante diferentes tipos de falla.
Modelo de carga Carga del sistema de prueba
Carga nominal
100 %
Baja carga
[10-30]%
Alta carga
[135-145]% Híbrido 11.060 59.673 7.445
Original IEEE 34 10.913 59.706 7.249
Scte 9.151 58.321 5.374
Icte 10.781 59.455 7.162
Zcte 12.170 59.791 8.577
IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción IV. Conclusiones y recomendaciones
Conclusiones
Finalmente, de acuerdo al análisis de sensibilidad realizado para los métodos de
localización de fallas, parámetros de los elementos del circuito de distribución, como el
modelo de la carga, la magnitud de la carga y la variación de la longitud de los
conductores afectan significativamente a los localizadores de falla analizados (MBM y
MBC).
a
1 2 3 4 5
22 24
23 16
17
18 19 20
a a b c
8
21 14
25
15
S/E 7
V, I 9 10 11 12 6
13
Parámetros del modelo
Modelo de carga
Modelo de Línea
Modelo de Fuente
MBM
MBC
IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción
El modelo de la carga desarrollado puede ser usado en estudios diferentes a localización
de fallas, ya que es una herramienta general que simula la carga para cualquier tipo de
sistema, de acuerdo a los datos ingresados en el mismo, además se encuentra
implementado como un bloque en ATP/EMTP.
IV. Conclusiones y recomendaciones
Trabajos futuros
Realizar estudios de las curvas de carga del sistema para obtener su modelo de carga y
utilizar procesos estocásticos, como simulación de Montecarlo u otro, para ajustar las
curvas de carga a una función o distribución de probabilidad, para tener una mejor
aproximación de la misma.
IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción
Producción bibliográfica
Artículo en proceso de revisión: A. Herrera-Orozco, A. Bedoya-Cadena, J. Mora-Floréz. “A robust
fault locator for power distribution systems considering distributed generation and uncertainties in
load”. Transaction on power delivery IEEE. 2013.
Artículo en proceso de revisión: A. R. Herrera-Orozco, J. Mora-Floréz, S. Perez-Londoño. “An
impedance relation index to predict the fault locator performance considering different load models”.
Journal Electric Power System Research. ELSEVIER. 2013.
Artículo en proceso de publicación: J. Patiño-Duque, A. Herrera-Orozco, J. Mora-Floréz.
“Simulación y validación del modelo polinomial de la carga utilizando ATP/EMTP”. Revista
Scientia et Technica. Universidad Tecnológica de Pereira, Agosto 2012.
Congresos internacionales
A. Herrera-Orozco, S. Perez-Londoño, J. Mora-Floréz. “Load modeling for fault location in
distribution systems with distributed generation” presented in Sixth IEEE/PES Transmission and
Distribution Latin America Conference. September, 2012 / Montevideo – Uruguay.
IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción
Trabajo en proyectos de investigación
“Propuesta metodológica para el modelado de sistemas de distribución utilizados en
localización de fallas paralelas”. Programa de jóvenes investigadores e innovadores 2011
Virginia Gutiérrez de Pineda, Colciencias.
“Desarrollo de estrategias para mejorar la continuidad del servicio de energía eléctrica a partir
de la localización de fallas en sistemas de distribución”. Proyecto de investigación desarrollado
para CODENSA por los grupos de investigación ICE3 (Investigación en Calidad de Energía
Eléctrica y Estabilidad) de la Universidad Tecnológica de Pereira (UTP) y GISEL (Grupo de
Investigación en Sistemas Eléctricos) de la Universidad Industrial de Santander (UIS).
“Determinación de fallas paralelas de baja impedancia, como estrategia base para reducir la
frecuencia y el tiempo de interrupción del suministro de energía eléctrica a los usuarios de las
redes de distribución de EPM”. Proyecto de investigación desarrollado para Empresas Publicas
de Medellín (EPM) por los grupos de investigación ICE3 (Investigación en Calidad de Energía
Eléctrica y Estabilidad) y GPE Grupo de Planeamiento en Sistemas Eléctricos (GPE) de la
Universidad Tecnológica de Pereira (UTP).
IV. Conclusiones y recomendaciones
Análisis de los efectos de la variación de los parámetros del modelo de línea, de carga y de fuente, en la localización…
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III. Pruebas y resultados con MBM y MBC II. Modelado de elementos I. Introducción
Agradecimientos
A Dios, mi familia y mi novia por su gran apoyo.
Al Ph.D. Juan José Mora Flórez, por su amistad, apoyo y acompañamiento en la
dirección de esta tesis y a lo largo de este trabajo.
También, a mis compañeros y amigos de la maestría y del grupo de investigación
ICE3 por todas las experiencias aprendidas junto a ellos.
A los jurados por disponer algo de su tiempo para evaluar esta tesis.
A todas las personas que de una u otra forma me colaboraron en el desarrollo de esta
tesis.
