Análisis de Contingencia y Corto Circuitos en Sistemas de Potencia. PDF

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Informe 5. Análisis de Contingencia y Corto Circuitos en Sistemas de Potencia.

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María Valeria Fajardo Latorre, Darwin Francisco Vidal Vizcaya, Wilmer Remigio Pantoja Portilla. {[email protected], [email protected], [email protected]} Laboratorio de Sistemas Eléctricos de Potencia, Programa de Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica de Pereira II. CONTENIDO Resumen— En el presente documento se explica a detalle el procedimiento llevado a cabo durante el desarrollo de practica la cual consiste en analizar el efecto de contingencias que provocan que ciertas líneas de transmisión salgan de un SEP. También se analiza el efecto de que trae sobre el sistema la ocurrencia de fallos (corto circuitos) y por último se realiza un equiválete de red para un nodo en falla con el objetivo de realizar una comparación entre el equivalente y el sistema completo.

Reporte de la práctica. La práctica inicia con el montaje del circuito de la figura 1 el cual recibe el nombre de circuito IEEE de 9 nodos, la topología de este circuito fue utilizada en prácticas pasadas razón por la cual resulta fácil reciclarlo y simplemente cambiar sus parámetros por los indicados en la guía para esta práctica.

Palabras clave—Contingencia, equivalente, falla, línea, SEP, red, node .

Abstract-- This document explains in detail the procedure carried out during the practice, which consists of analyzing the effect of contingencies that cause certain transmission lines to leave a SEP. The effect of the occurrence of failures (short circuits) on the system is also analyzed, and finally a network equalization is performed for a node in failure with the aim of making a comparison between the equivalent and the complete system.

Keywords — Contingency, equivalent, failure, line, SEP, network, node.

I. INTRODUCCIÓN En los SEP y en general en todos los sistemas son inevitables las fallas de algún tipo, etas fallas dependiendo de su magnitud y del sistema en el cual se presente pueden ocasionar desde leves daños hasta que el sistema deje de funcionar. En el caso del SEP la probabilidad de que una falla logre sacar a todo el sistema de funcionamientos es mínima debido a que el sistema es monitoreado en tiempo real y en caso de una falla considerable el sistema cuenta con protecciones que en la mayoría de los casos logran aislar la falla, aunque esto signifique sacar de funcionamiento uno o varios elementos del SEP (contingencia). A continuación, se analiza el efecto que trae sobre un SEP las contingencias (salidas de elementos) también se analiza el efecto que trae sobre el sistema los fallos de corto circuito de varios tipos.

Figura 1. Circuito IEEE de 9 nodos. En la segunda parte de la practica la cual se llamada “Contingencia” se realizan 5 flujos de potencia diferentes, todos y cada uno parten del caso inicial o caso base, el primer flujo de potencia es el denominado caso base se realiza inmediatamente después de ajustar los parámetros del circuito según lo indicado en la guía. El segundo flujo de potencia denominado caso 1 se realiza considerando una contingencia en la que se debe desconectar la línea que conecta al nodo 4 con el nodo 5. El tercer flujo de potencia denominado caso 2 se realiza esta vez considerando una contingencia en la que se debe desconectar la línea que conecta el nodo 7 con el nodo 8. El cuarto flujo de potencia denominado caso 3 se realiza incrementando la demanda del caso base un 20% y considerando una contingencia en la que se debe desconectar la línea que conecta al nodo 4 con el nodo 5. El quinto flujo de potencia denominado caso 4 se realiza incrementando la carga del caso base un 50% y considerando una contingencia en la que se debe desconectar la línea que conecta al nodo 7 con el nodo 8. Los valores de voltajes nodales y flujos de potencia por las líneas para los tres primeros flujos de potencia se encuentran en la tabla 1 (ver anexos). Los valores de voltajes nodales y flujos de potencia por las líneas para los 2 últimos flujos de potencia (donde se altera la carga) se encuentran en la tabla 2 (ver anexos).

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En la tercera parte de la práctica se parte nuevamente del caso base, esta vez se consideran que existen 4 fallas en el nodo 6, las falla no ocurre en el mismo instante, cada falla se describe a continuación: Falla 1: línea – tierra. Falla 2: línea – línea – tierra. Falla 3: línea – línea. Falla 4: trifásico balanceado. Para cada falla se corre un flujo de potencia diferente. Los valores de corrientes de fallo (y sus componentes de secuencia), corrientes en las líneas conectadas al nodo 6 se encuentran en la tabla 3 (ver anexos) y los voltajes línea-línea (y sus componentes de secuencia) se encuentran en la tabla 4 (ver anexos). En la cuarta parte de la práctica se aísla el nodo 6 con la intención de observar su comportamiento bajo una falla monofásica y una falla trifásica. Para aislar el nodo debe crear un equivalente de como el que se muestra en la figura 2. Los valores de U (%) y Uang (°) se obtienen de los flujos de potencia pasados. Los parámetros R(1)/X(1) se obtienen de los flujos de potencia para los corto circuitos correspondientes.

carga que a la perdida de alguna de las líneas en las cuales se realizó contingencias. De las dos líneas que se retiraron en diferentes momentos y con diferentes valores de cargas es mucho más crítico para el sistema perder la línea 4-5, debido a que en el momento en que se retira esta línea se genera una cargabilidad mayor que en los otros casos para la línea 5-7. En el caso de cortos circuitos se observa que la mayor corriente de falla se presenta cuando el circuito es trifásico, pero se observa también que el sistema el sistema no se desequilibra, es decir a pesar las corrientes son muy altas sigue siendo un sistema trifásico balanceado. Se observa que la componente de secuencia cero en los circuitos balanceados es igual a cero. Cuando el fallo es línea - línea – tierra se observa que sigue fluyendo corriente por la fase en la que no hubo falla, pero si la falla es línea- línea por la fase que no hubo falla la corriente cae a cero. En el circuito equivalente los resultados para el fallo trifásico y monofásico son idénticos al del fallo trifásico del circuito IEEE de 9 nodos, lo cual sugiere que se puede acertado trabajar con un equivalente, decir no se pierde información. Dificultades. El software NEPLAN es poco claro con los resultados que ofrece. En un mismo flujo acostumbra a dar dos resultados diferentes para por ejemplo la potencia que fluye en una line, estos dos resultados en varias ocasiones son diferentes, entonces no se sabe a ciencia cierta cuál es el indicado. En algunos resultados el software ofrece resultados dudosos, es decir se creería que por ejemplo el resultado de un corto circuito debe dar de cierta forma y resulta que da de forma muy diferente, lo cual genera dudas. Se aclara que el análisis y las conclusiones se realizan asumiendo que los resultados ofrecidos por NEPLAN son exactos y no poseen errores, aunque es posible que si los tenga. III. CONCLUSIONES

Figura 2. Equivalente del sistema en el nodo 6.  Análisis de resultado.

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En la primera parte de la práctica realizando una comparación del caso base con los otros casos se observa la tensión nunca cae en los nodos generadores (1, 2 y 3). También se observa que las tensiones nodales en el caso base siempre son más altas que en los demás casos, lo anterior tiene sentido debido que en el momento en la una línea sale de operación la potencia que circula por dicha línea debe repartirse entre otras líneas, lo cual ocasiona que existan más perdidas por otras líneas y esto genera que la tensión en los nodos disminuya. Nótese que en los casos donde no se altera la demanda ninguna línea se sobrecarga y en los casos en lo que se altera el valor de las demandas almenos una línea se sobrecarga, lo cual sugiere que el sistema en cuestión es más sensible a incrementos de

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En los nodos generadores la tensión no cae a pesar que se efectúen contingencias. El circuito IEEE de nueve nodos es sensible a perder líneas que a incrementos de carga. De las líneas en las que se realizó contingencias se demuestra que es más sensible la línea 4-5. El corto circuito con mayor corriente de falla es un corto circuito trifásico. Para analizar un nodo se puede trabajar sobre todo el circuito o sobre el equivalente del nodo.

IV. REFERENCIAS.

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[1] John J. Grainger, William D. Stevenson Jr., “Análisis de Sistemas de Potencia”, Mc Graw-Hill, 1996.

[2] Arthur R. Bergen, “Power Systems Analysis”, Prentice Hall, 2nd Ed. [3] P. M. Anderson, A. A. Fouad, “Power System Control and Stability”, Science Press, Iowa, 1977, Volume I....