Metodología para el Monitoreo Efectivo de las Variaciones de Tensión de Corta Duración en

Sistemas Eléctricos de Potencia

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Jorge Marcial Campuzano AyalaLuis Adolfo Salinas Fertsch

Pedro GardelD.Sc. Benjamín Barán

Universidad Nacional de Asunción

1) IntroducciónBeneficios del monitoreo efectivo de tensión:Monitoreo del comportamiento sistémico del

Sistema Eléctrico de Potencia

Verificación de la correcta actuación del sistema de protección

Supervisión de la calidad de la energía

Determinación de la responsabilidad del origen de las perturbaciones

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1) Introducción

De las empresas de energía: control global de la calidad de tensión del sistema eléctrico.

De los consumidores: mantener los niveles de emisión de las perturbaciones causadas por sus cargas en el punto de acoplamiento común.

Filosofía adoptada por la IEC (Comisión Electrotécnica Internacional)

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Calidad de Energía

Responsabilidad

1) Introducción

Entre los diversos eventos que afectan a la calidad de la energía, se estudia a las Variaciones de Tensión de

Corta Duración (VTCD), porque:

Son capaces de sensibilizar dispositivos de protección

Efectos Desconexión de cargas Afecta el funcionamiento de equipamientos Puede provocar grandes perjuicios a clientes

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1) IntroducciónVariaciones de tensión de corta duración (VTCD):

• Corrientemente, las VTCDs más severas son originadas por corto-circuitos.

• Entre 70 y 80% de las fallas en líneas de transmisión son fallas monofásicas a tierra, por lo que se considerará solo este tipo de falla para el presente trabajo.

• Uno de los dispositivos disponibles para realizar el monitoreo de tensión en redes de transmisión es el Registrador Digital de Perturbaciones, RDP, cuya ubicación óptima estudia este trabajo. 5

2) Descripción del problemaSelección de Estaciones y Subestaciones

Ejemplo SEP constituido por 10 barras: 7 en 220 kV y las otras 3 en 66 kV. Se realizará un análisis similar al Sistema Interconectado Nacional, SIN, de la ANDE.

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220 kv 66 kv

2) Descripción del problemaPara el ejemplo la matriz de tensiones de faltas (pu) es:

VB-A VB-B VB-C VB-D VB-E VB-F VB-G

F-A 0 0.80 0.92 0.95 0.79 0.92 0.98

F-B 0.82 0 0.75 0.91 0.87 0.94 0.95

F-C 0.93 0.89 0 0.88 0.93 0.99 0.97

F-D 0.99 0.94 0.88 0 0.93 0.99 0.78

F-E 0.79 0.84 0.91 0.97 0 0.79 1

F-F 0.98 0.92 0.97 1 0.76 0 1

F-G 1 0.98 0.92 0.85 0.96 1 0

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Se indica la tensión que se observaría en cada barra si ocurre una falla. Así, si ocurriese una falla en la barra G, la tensión en la barra D sería de 0.85 pu.

Tensión observada en la barra:

2) Descripción del problemaSe calibra el RDP para detectar tensiones fuera de un determinado intervalo, por ejemplo [0.9 1.1] pu, obteniéndose la matriz de observabilidad:

VB-A VB-B VB-C VB-D VB-E VB-F VB-G

F-A 0 0.80 0.92 0.95 0.79 0.92 0.98

F-B 0.82 0 0.75 0.91 0.87 0.94 0.95

F-C 0.93 0.89 0 0.88 0.93 0.99 0.97

F-D 0.99 0.94 0.88 0 0.93 0.99 0.78

F-E 0.79 0.84 0.91 0.97 0 0.79 1

F-F 0.98 0.92 0.97 1 0.76 0 1

F-G 1 0.98 0.92 0.85 0.96 1 0

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2) Descripción del problema

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VB-A VB-B VB-C VB-D VB-E VB-F VB-G

F-A 1 1 0 0 1 0 0

F-B 1 1 1 0 1 0 0

F-C 0 1 1 1 0 0 0

F-D 0 0 1 1 0 0 1

F-E 1 1 0 0 1 1 0

F-F 0 0 0 0 1 1 0

F-G 0 0 0 1 0 0 1

Se calibra el RDP para detectar tensiones fuera de un determinado intervalo, por ejemplo [0.9 1.1] pu, obteniéndose la matriz de observabilidad:

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3) Formulación matemática

Para resolver el problema de ubicación de RDP se utilizaron técnicas de:

Programación Entera Lineal

(Integer Lineal Programming – I.L.P.)

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3) Formulación matemática del problema

Matriz de Observabilidad

es obtenida fijándose el valor de la magnitud de las tensiones de falta a partir de las cuales se desea que los medidores sean sensibilizados

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3) Formulación matemática del problema

Matriz de Observabilidad, para el caso de la evaluación de Elevaciones de Tensión:

aij =

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3) Formulación matemática del problema

Programación Entera Lineal

Minimizar

Sujeto a:

donde: xj y aij є {0, 1}

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3) Formulación matemática del problema

Programación Entera Linealdonde:

xj : Equipo ubicado en la estación/subestación j Si se encuentra: xj = 1 Si no se encuentra: xj = 0

aij: Elementos de la matriz de observabilidad A Indica si un RDP en la barra j puede detectar (1), o no detectar (0), una falla en la barra i

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3) Formulación matemática del problema

Para el ejemplo la formulación ILP es:Minimizar: x1 + x2 + x3 + x4 + x5 + x6 + x7

Sujeto a:x1 + x2 + x5 ≥ 1x1 + x2 + x3 + x5 ≥ 1x2 + x3 + x4 ≥ 1x3 + x4 + x7 ≥ 1x1 + x2 + x5 + x6 ≥ 1x5 + x6 ≥ 1x4 + x7 ≥ 1

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x1

x2

x3

x4

x5

x6

x7

3) Formulación matemática del problema

Para el ejemplo la matriz de observabilidad de tensiones es:

VB-A VB-B VB-C VB-D VB-E VB-F VB-G

F-A 1 1 0 0 1 0 0

F-B 1 1 1 0 1 0 0

F-C 0 1 1 1 0 0 0

F-D 0 0 1 1 0 0 1

F-E 1 1 0 0 1 1 0

F-F 0 0 0 0 1 1 0

F-G 0 0 0 1 0 0 1 18

VB-A VB-B VB-C VB-D VB-E VB-F VB-G

F-A 1 1 0 0 1 0 0

F-B 1 1 1 0 1 0 0

F-C 0 1 1 1 0 0 0

F-D 0 0 1 1 0 0 1

F-E 1 1 0 0 1 1 0

F-F 0 0 0 0 1 1 0

F-G 0 0 0 1 0 0 1 19

3) Formulación matemática del problema

Para el ejemplo la matriz de observabilidad de tensiones es:

VB-A VB-B VB-C VB-D VB-E VB-F VB-G

F-A 1 1 0 0 1 0 0

F-B 1 1 1 0 1 0 0

F-C 0 1 1 1 0 0 0

F-D 0 0 1 1 0 0 1

F-E 1 1 0 0 1 1 0

F-F 0 0 0 0 1 1 0

F-G 0 0 0 1 0 0 1

Solución

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3) Formulación matemática del problema

Para el ejemplo la matriz de observabilidad de tensiones es:

3) Formulación matemática del problema

EjemploSe instalarán los equipos

para la completa observabilidad en las

estaciones: D y E

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4) Selección de Estaciones Relevantes para la Extinción de las Fallas

ConsideracionesLíneas de transmisión radiales: Monitoreados desde el terminal fuente En líneas anilladas: Monitoreados desde ambos extremos

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Selección de Estaciones

Relevantes para la Extinción de

las Fallas

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4) Selección de Estaciones Relevantes para la Extinción de las Fallas

Ejemplo

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4) Selección de Estaciones Relevantes para la Extinción de las Fallas

Selección de Estaciones Para la completa observabilidad y supervisión de las

protecciones en alta tensión

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5) Resultados.

Propuestas para la Red de la ANDE

La primera: Completa observabilidad de tensiones 21 RDP ubicados en distintas estaciones y subestaciones Representa aproximadamente el 38% del total.

La segunda: Completa observabilidad de tensionesCompleta supervisión de los equipos de protecciones en 220 kV 25 RDP ubicados en distintas estaciones y subestaciones Representa el 45 % del total.

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Propuesta para la Red la ANDE

Monitoreo de:

21 barras en 23 kV, 18 barras en 66 kV, 22 barras de 220 kV. Barras monitoreadas 61 del total de 133.

Representa el 45 % de las posibles ubicaciones de dispositivos.

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Se presentó una propuesta de ubicación de Registradores Digitales de Perturbación (RDP) para: Obtener una completa observavilidad de la redObtener completa observavilidad de la red además de supervisar equipos de protección de alta tensión. Aporte principal del trabajo.

Se utilizaron datos reales del sistema eléctrico paraguayo.

6) Conclusiones

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Se propone seguir con el trabajo considerando funciones multi-objetivos: maximización de la observabilidadminimización del número de equipamientosminimización del costo de instalación, etc.

7) Trabajos futuros

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¡Gracias por la atención!

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Consultas a: pgardel@pol.una.py