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Modelado de Sistemas de Potencia

Modelado de Sistemas de Potencia. Flujo de carga en Sistemas de Potencia. CONTENIDO:. Conceptos b ásicos. Planteo del problema del flujo de carga. Solución del flujo de carga. Método de Newton Raphson para la resolución del flujo de carga. Método Desacoplado rápido.

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Modelado de Sistemas de Potencia

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Presentation Transcript

  1. Modelado de Sistemas de Potencia Flujo de carga en Sistemas de Potencia.

  2. CONTENIDO: • Conceptos básicos. • Planteo del problema del flujo de carga. • Solución del flujo de carga. • Método de Newton Raphson para la resolución del flujo de carga. • Método Desacoplado rápido. • Método de Gauss-Seidel.

  3. PROPÓSITO DEL FLUJO DE CARGA: Determinación de voltajes, intensidades y potencias activas y reactivas en distintos puntos de una red eléctrica.

  4. HIPÓTESIS DE TRABAJO: Sistemas en régimen, equilibrados, sinusoidales, sin anomalías.

  5. Importancia de los flujos de carga • Permite determinar los flujos de potencia activa y reactiva en una red eléctrica. • Permite determinar los voltajes en las barras de una red eléctrica. • Permite calcular las pérdidas en una red eléctrica. • Permite estudiar las alternativas para la planificación de nuevos sistemas o ampliación de los ya existentes. • Permite evaluar los efectos de pérdidas temporales de generación o de circuitos de transmisión.

  6. Importancia de los flujos de carga • Permite evaluar los efectos de reconfigurar los circuitos de un SEP (por ejemplo ante la pérdida de una línea de transmisión). • Permite evaluar las mejoras que se producen ante el cambio en la sección de los conductores de un SEP.

  7. Vs0º Vs -dado Vr  ? jX Pr, Qr - dado (carga) G Ps, Qs = ? Conceptos básicos Problema del flujo de carga Ejemplo: Problema de flujo de carga para una red eléctrica de dos barras:

  8. Conceptos básicos Potencia compleja Potencia compleja constante entregada a la carga.  P & Q constantes. Carga Q = P tan 

  9. Vs 0 Vr  ? jX Pr, Qr - dado (carga) G Ps, Qs = ? Conceptos básicos Problema de flujo de carga Relación no lineal!

  10. Conceptos básicos Problema de flujo de carga Solución Analítica: (posible solo para casos muy simples)

  11. Conceptos básicos Problema de flujo de carga

  12. Conceptos básicos Problema de flujo de carga Datos:

  13. Posibles soluciones Número de soluciones posibles:

  14. Un procedimiento iterativo (Gauss Seidel) El algoritmo: 1. Fijar el índice de iteración i en 0. 2. Probar con un valor inicial para Vr(i) (módulo y fase - usualmente V=1 =0) 3.Calcular 4. Calcular nuevo 5. Calcular 6. Si el criterio de convergencia no es satisfecho, fijar i=i+1 e ir a 3.

  15. Vs 0 Vr  jX Pr, Qr - dado (carga) G Ps, Qs = ? Cálculo de las potencias de entrada Ps, Qs = ?

  16. Vs 0 Vr  jX Pr Ps,Qs Transporte de potencia activa (Qr=0)

  17. Vs 0 Vr  jX Qr Ps,Qs Transporte de potencia reactiva (Pr=0)

  18. Control de potencia activa y reactiva La potencia activa depende en forma proporcional de la diferencia entre los ángulos de fase de los voltajes de las barras. La potencia reactiva depende en forma proporcional de la diferencia entre los módulos de los voltajes de las barras.

  19. Ejercicio Realizar el cálculo de flujo de carga para el sistema de dos barras: Vs 0 Vr  ? R+jX Pr,Qr dados Ps,Qs=? Pr=0.5pu, Qr=0.3pu, R=0.01pu, X=0.1 pu (Vr=0.9677 -2.99º)

  20. Flujo de carga para dos barras inter-conectadas mediante una línea de transmisión. V1 V2 = 110kV Línea de transmisión de 110kV P1,Q1=? 20MW 10MVar

  21. Modelo de línea de transmisión. i k

  22. Balance de Potencia. 1 2 G+T L

  23. Parámetros de líneas de transmisión.

  24. 2 Cálculo de balance de Potencia. Demanda de Carga

  25. Cálculo de caída de tensión.

  26. Voltaje de entrada

  27. Cálculo de las pérdidas en la línea

  28. 1 G+T Generación.

  29. 1 G+T Generación.

  30. 1 2 G+T L Resumen del balance de potencia

  31. Carga, generación y modelado de la red en análisis de flujo de carga.

  32. Modelado de los componentes del sistema. • Líneas de transmisión - circuito Pi • Transformadores - impedancia • Generadores - Potencia activa constante con capacidad de control (limitado) de voltaje del primario (P = cte, V= cte). • Cargas - Potencia compleja constante (P = cte, Q= cte).

  33. Línea de transmisión. i k i k

  34. Generadores y Cargas. • Generadores • Potencia Activa - inyección constante • Potencia reactiva - regulación de voltaje • Demanda de carga • Inyección constante de potencia activa y reactiva

  35. Flujo de carga & Balance de potencia 1 i k Carga n

  36. Análisis Voltaje - Corriente versus Análisis voltaje - potencia. 1 i k Carga n

  37. 1 i k Carga n Análisis Voltaje - Corriente y la Matriz Ybus Sistema de ecuaciones lineales Vtierra=0

  38. Análisis Voltaje - Potencia Inyección en la red 1 i G k n Sistema de ecuaciones no lineales

  39. Forma de las ecuaciones de flujo de carga. Voltaje en forma polar Voltaje en forma rectangular Admitancia en forma polar Admitancia en forma rectangular

  40. Forma polar de las ecuaciones de flujo de carga El voltaje está expresado en coordenadas polares, mientras que la admitancia está expresada en coordenadas rectangulares.

  41. 1 i 1 i k G G k n n Balance de potencia activa y reactiva.

  42. Ecuaciones de flujo de carga i=1,2,3...n funciones de voltajes complejos desconocidos especificado balance de pot. activa y reactiva

  43. Ecuaciones de flujo de carga Si la potencia activa o reactiva para la barra i no es especificada, la ecuación de balance de energía no puede ser definida. (si la barra i no tiene generación o carga, la potencia especificada es igual a cero.) Potenciales variables desconocidas:

  44. Tipos de barras • Barras de carga (PQ): • No hay generación • Potencia activa y reactiva • especificada • Barras de generación (PV): • Voltaje constante y especificado • Potencia activa especificada

  45. Número de incógnitas y número de ecuaciones • Hipótesis: Sistema de n barras • Ng - cantidad de barras de generación y voltaje controlado • Nd - cantidad de barras de carga • n = Ng + Nd

  46. Número de incógnitas y número de ecuaciones • Para cada barra de generación tengo: • una ecuación de balance de potencia activa • el voltaje de la barra especificado • Para cada barra de carga tengo: • una ecuación de balance de potencia activa • una ecuación de balance de potencia reactiva

  47. Número de incógnitas y número de ecuaciones • Cuatro variables por cada barra: Las potencias reactivas Qi de las barras de generación pueden ser calculadas una vez determinados los voltajes de las barras (módulos y fases)

  48. Barra flotante • ¿Es posible especificar la potencia activa inyectada por todos los generadores y la potencia activa consumida por las cargas en forma independiente? Las pérdidas RI2 no son conocidas inicialmente

  49. Barra flotante • Una barra del sistema puede realizar el balance de potencia activa demandada y potencia activa consumida (BARRA FLOTANTE) • ¿Es este criterio razonable? • La potencia activa se transmite “bien” a través del sistema

  50. Barra flotante • ¿Cómo se realiza el balance de potencia reactiva en el sistema? • ¿Es posible utilizar una única barra para realizar el balance de reactiva en el sistema? • La potencia reactiva no se transmite “bien” a través del sistema (produce caídas de tensión importantes) • Cada barra PV realiza el balance de reactiva en forma local

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