Upload
magno-helder-gr
View
236
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
muestar resulados y sus evoluciona de validacion
Citation preview
103
CAPITULO V
ANALISIS DE DESEMPEÑO DE DISPOSITIVOS DE CONTROL EN
PROBLEMAS DE FLUJO DE POTENCIA
5.1 INTRODUCCIÓN
Este capítulodescribe la aplicación del método propuesto, para el sistema de
prueba de la IEEE 9 barras, donde se presenta un disturbio en las barras de
tipo PQ (incremento en un 155 % de la demanda en las barras de carga). Este
incremento de potencia activa equivale a 488.25 MW.
Se mejora los niveles de tensión, al igual que la estabilidad de voltaje,
mediante la utilización de dispositivos de control, las cuales inyectan potencia
reactiva y da como resultado, un traslado del punto de operación del sistema,
al igual que los valores propios del sistema de prueba.
La ubicación de los dispositivos de control es determinado mediante la
utilización de los factores de participación y un análisis de sensibilidad V−Q
del sistema.
Para la obtención de los resultados (cálculo de valores propios, factores de
participación, análisis de sensibilidad, Flujo de Potencia Continua) se utiliza el
programa de Matlab®, el cual constituye una herramienta útil para el análisis
de sistemas de potencia, debido a su flexibilidad de simular e implementar
nuevas tecnologías en los sistemas de potencias reales.
104
5.2 CONTROL DEL NIVEL DE TENSIÓN PARA EL SISTEMA IEEE 9 BARRAS
CON INCREMENTO DE CARGA
Se inyecta potencia reactiva mediante la conexión de un dispositivo shunt
ubicado en la barra 5 (tal como se muestra en la Figura 5.1), con el fin de
controlar el nivel de tensión de la barra 6 (control remoto de tensión) a
0.9505 pu.
Nro. BARRA
V (pu) ANGULO (°)
INYECCION DE POTENCIA POTENCIA GENERADA CARGA
MW MVAR MW MVAR MW MVAR
1 1.0400 0.000 581.461 177.621 581.461 177.621 0.000 0.0002 1.0250 -28.775 163.000 16.580 163.000 16.580 0.000 0.0003 1.0250 -32.405 85.000 27.980 85.000 27.980 0.000 0.0004 0.9952 -18.881 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0005 1.0313 -34.775 -318.750 -50.000 0.000 159.463 318.750 50.0006 0.9505 -32.895 -229.500 -30.000 0.000 0.000 229.500 30.0007 1.0197 -34.368 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0008 0.9899 -40.762 -255.000 -35.000 0.000 0.000 255.000 35.0009 1.0102 -35.162 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
TOTAL : 26.211 107.182 829.461 381.644 803.250 115.000
Tabla5.1: IEEE 9 barras - Resultados del Cálculo de Flujo de Potencia con control de Tensión
Fuente: elaboración propia
105
Figura 5.1: Diagrama Unifilar del Sistema IEEE 9 Barras con control de tensión
Fuente: elaboración propia
106
Para conseguir el nivel de tensión deseada en la barra 6, se inyecta 159.463
MVAR en la barra 5, siendo el valor del dispositivo shunt a conectar en la
barra 5 igual a 1.499 pu.
Esta inyección de potencia reactiva, también produce:
El incremento de los niveles de tensión en las otras barras del
sistema.
La reducción de potencia reactiva generada en la barra Slack en un
49.78 %.
La reducción de las pérdidas de la red eléctrica (26.211 MW) en un
28.076 %.
La disminución depotencia reactiva generada en las barras 2 y 3 en
83.05 % y 64.36 % respectivamente, dando como resultado, la
existencia de reservas de potencia reactiva.
De la misma manera, se realiza la comparación de resultados con los
programas comerciales de cálculo de Flujo de Potencia, con el fin de ver la
confiabilidad de los resultados hallados (Tabla 5.2).
Nro. BARRA
NEPLAN 5.3 PSAT 2.6 WinFlu 2.3 ALGORITMO DESARROLLADO
V (pu) ANGULO (º)
V (pu) ANGULO (º)
V (pu) ANGULO (º)
V (pu) ANGULO (º)
1 1.040 0.000 1.040 0.000 1.040 0.000 1.0400 0.0002 1.025 -28.800 1.025 -28.772 1.025 -28.743 1.0250 -28.7753 1.025 -32.400 1.025 -32.402 1.025 -32.372 1.0250 -32.4054 0.995 -18.900 0.995 -18.880 0.996 -18.871 0.9952 -18.8815 1.031 -34.800 1.031 -34.773 1.032 -34.747 1.0313 -34.7756 0.951 -32.900 0.951 -32.893 0.951 -32.870 0.9505 -32.8957 1.020 -34.400 1.020 -34.365 1.020 -34.335 1.0197 -34.3688 0.990 -40.800 0.990 -40.759 0.990 -40.757 0.9899 -40.7629 1.010 -35.200 1.010 -35.159 1.010 -35.149 1.0102 -35.162
Tabla5.2: IEEE 9 Barras - Comparación de Resultados con algunos Programas de Flujo de Potencia
Fuente: elaboración propia
107
Las figuras 5.2 y 5.3 muestran el porcentaje de error frente a la comparación
del NEPLAN 5.3 con algunos programas de cálculo (incluido el algoritmo
desarrollado). Se puede decir que los resultados siguen siendo óptimos y
puede ser usado para el cálculo de Flujo de Potencia mediante el control de
tensión (inyección de potencia reactiva)
1 2 3 4 5 6 7 8 90.0000.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.090
NEPLAN 5.3 v/s PSAT 2.6 NEPLAN 5.3 v/s WinFlu 2.3
NEPLAN 5.3 v/s ALGORITMO DESARROLLADO
NRO DE BARRA
ERRO
R - V
(%)
Figura 5.2: IEEE 9 Barras - Porcentaje de Error en los Resultados - Magnitudes de las Tensión
Fuente: elaboración propia
1 2 3 4 5 6 7 8 90.000
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
NEPLAN 5.3 v/s PSAT 2.6 NEPLAN 5.3 v/s WinFlu 2.3
NEPLAN 5.3 v/s ALGORITMO DESARROLLADO
NRO DE BARRA
ERRO
R - θ
(%)
Figura 5.3: IEEE 9 Barras - Porcentaje de Error en los Resultados - Ángulos de las Tensión
Fuente: elaboración propia
108
En la Figura 5.4 se muestra la evolución del vector de errores en cada
iteración, hasta que este valor sea menor a 10−5 (tolerancia del algoritmo).
109
5.3 ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD V−Q, CON CONTROL DE TENSIÓN PARA
EL SISTEMA IEEE 9 BARRAS
Con respecto a los valores propios (Figura 5.5), se puede observar que la
tendencia de los valores propios es de disminuir conforme se incrementa la
demanda de potencia activa en las barras, mientras que al inyectar potencia
reactiva (utilización del dispositivo shunt) se trasladan a valores mucho más
grandes, esto significa el alejamiento de la barra 9 a la inestabilidad de
tensión.
Figura 5.4: IEEE 9 Barras - Evolución del vector de errores en cada Iteración
Fuente: elaboración propia
110
En la
figura 5.5, todos los valores propios son positivos, es decir, el sistema es
estable desde el punto de vista del voltaje.
Figura 5.5: IEEE 9 barras – Valores Propios de la matriz J R en diferentes casos
Fuente: elaboración propia
Tabla 5.3: IEEE 9 Barras - Matriz de Factores de Participación (%) con control de tensión
Fuente: elaboración propia
MODOS 1 2 3 4 5 6
NRO BARRA
VALORES PROPIOS
49.260 43.711 35.477 13.627 11.875 4.011
4 15.692 61.023 0.210 17.124 5.479 0.4715 6.943 6.684 3.284 34.310 1.122 47.6586 3.367 7.151 4.046 29.360 15.428 40.6477 40.082 13.441 23.637 5.998 16.105 0.7378 21.792 9.721 1.165 8.791 55.646 2.8859 12.124 1.979 67.658 4.417 6.219 7.602
TOTAL 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
111
El modo más crítico (dado por el menor valor propio) se encuentra en el
modo 6
En la Figura 5.6 se observa que las barras 5 y 6 tienen mayor participación
al modo crítico.
Esto significa que si el sistema sufre una inestabilidad de voltaje, la conexión
del dispositivo shunt seria en la barra 6 y se incrementaría el valor del
dispositivo shunt en la barra 5 para mejorar el margen de estabilidad. Esto
puede ser fácilmente comprobado mediante el análisis de sensibilidad V−Q
mostrada en la Figura 5.7, donde la barra que presenta mayor sensibilidad
son las barras5 y 6.
Figura 5.6: IEEE 9 Barras - Factores de Participación (%) para un Mínimo Valor Propio, con control de tensión
Fuente: elaboración propia
112
5.4 FLUJO DE POTENCIA CONTINUA CON DISPOSITIVO SHUNT DEL
SISTEMA IEEE 9 BARRAS
Se realiza el cálculo de Flujo de Potencia Continua de las barras de carga,
con el fin de obtener el PMC y ver el comportamiento del sistema debido a la
inyección de 159.463 MVAR debido a la conexión del dispositivo shunt. Para
el cálculo, se tomó las siguientes consideraciones:
La tolerancia adoptada es igual a 10−4 y la disminución de la
pendiente es igual 0.05 (adimensional).
Figura 5.7: IEEE 9 Barras - Análisis de Sensibilidad V-Q con control de tensión
Fuente: elaboración propia
113
Las coordenadas del punto escogido O es V 0=0.5 pu , λ0=0 pu.
Con respecto a la potencia reactiva (Q) de las barras PV, son
comparadas con sus respectivos límites en cada iteración.
Las cargas son modeladas como una potencia constante y el
parámetro λ es usado para simular incrementos de potencia activa de
las barras 5, 6 y 8. Cada incremento de la carga es seguida por un
incremento de la generación, equivalente al valor de λ.
113
Figura 5.8: IEEE 9 Barras con dispositivo shunt: (a) Tensión en la barra 8 en función λ, (b) Angulo de la barra 8 en función λ, (c) Numero de Iteraciones en función de cada punto de la Curva, (d) Numero de Iteraciones en función de cada punto de la Curva y determinación del PMC
Fuente: elaboración propia
(a) (c)
(b) (d)
(a) (c)
114
Figura 5.9: IEEE 9 Barras con dispositivo shunt: (a) Tensión en la barra 6 en función λ, (b) Angulo de la barra 6 en función λ, (c) Numero de Iteraciones en función de cada punto de la Curva, (d) Numero de Iteraciones en función de cada punto de la Curva y determinación del PMC
Fuente: elaboración propia
Figura 5.10: IEEE 9 Barras con dispositivo shunt: (a) Tensión en la barra 5 en función λ, (b) Angulo de la barra 5 en función λ, (c) Numero de Iteraciones en función de cada punto de la Curva, (d) Numero de Iteraciones en función de cada punto de la Curva y determinación del PMC
Fuente: elaboración propia
(b) (d)
(a) (c)
(b) (d)
116
En las Figuras 5.8 (a), 5.9 (a) y 5.10 (a) se observa que el PMC es alcanzado,
cuando el factor de cargabilidad es igual a 3.380 pu, 3.289 pu y 4.126 pu,
haciendo que los niveles de tensión en dichas barras disminuya a valores
iguales a 0.938 pu, 0.764 pu y 0.806, a partir de estos puntos de operación, se
observa que cualquier incremento del factor de cargabilidad, llevaría al sistema a
la inestabilidad e incluso a un colapso de voltaje.
En las Figuras 5.8 (b), 5.9 (b) y 5.10 (b), se tiene los cambios que experimenta
los ángulos de las tensiones en las barras respecto al incremento del factor de
cargabilidad, donde a incrementos del factor de cargabilidad los ángulos tienden
a disminuir.
De las figuras 5.8 (c, d), 5.9 (c, d) y 5.10 (c, d) se tiene el número de iteraciones
de cada punto de la curva P−V , donde el PMC es alcanzado en los puntos 78 Y
79 con 4 y 5 iteraciones para alcanzar la convergencia.
117
Figura 5.11: IEEE 9 Barras – Determinante de la matriz Jacobianaen función del factor de cargabilidad en la barra 8
Fuente: elaboración propia
118
Figura 5.12: IEEE 9 Barras – Determinante de la matriz Jacobianaen función del factor de cargabilidad en la barra 6
Fuente: elaboración propia
119
También se puede observar en las Figura 5.11, 5.12 y 5.13, como se aproxima
a cero de la gráfica del determinante en función del factor de cargabilidad,
cuando se alcanza el PMC, y cuyos valores debajo de este, se acercan al eje
de coordenadas.
5.5 ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD V−bshunt
Esta matriz de sensibilidad es obtenida a partir de la matriz jacobiana
expandida (matriz JSC), donde el valor propio de dicha matriz nos ayudara a
determinar las variaciones modales de la tensión, con respecto a las
variaciones modales del dispositivo shunt.
Tensión Controlada
Valores Propios Ubicación del Dispositivo Shunt
ΔV 5 0.053 Δbshunt−6
Como se observa un solo valor propio, también existirá un solo valor de la
sensibilidad V−bshunt, debido a la existencia de un solo dispositivo que controla
el nivel de tensión en la barra 6.
Tabla 5.4: Valor Propio de la matriz Jsc
Fuente: elaboración propia
Figura 5.13: IEEE 9 Barras – Determinante de la matriz Jacobianaen función del factor de cargabilidad en la barra 5
Fuente: elaboración propia
120
Tensión Controlada
Sensibilidad V−bshunt
Ubicación del Dispositivo Shunt
ΔV 5 18.832 Δbshunt−6
Tabla 5.5: Sensibilidad V−bshunt
Fuente: elaboración propia