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Laboratorio Análisis De Sistemas De Potencia

DIgSILENT Power Factory

Laboratorio Análisis De Sistemas De Potencia

DEDICATORIA A Dios, por permitirme llegar a este momento tan especial en mi vida. Por los triunfos y os momentos difíciles que me han enseñado a valorarlo cada día más. Con especial cariño a mi familia, que supo poner las bases fundamentales y el soporte firme para desde ahí edificar una persona con logros y metas, a lo largo de mi carrera universitaria, siendo este una meta más para lograr en mi vida. Desde luego al ing. Holger Meza, que por su interés en nuestra formación profesional nos motiva a hacer estas investigaciones, logrando así un mejor perfil profesional.

AGRADECIMIENTOS Mi agradecimiento, a la Universidad Nacional de San Agustín no solo por los conocimientos impartidos, sino también por ser una Universidad preocupada por compartir con la sociedad, a nivel de los más necesitados el contingente humano, profesional y técnico de sus estudiantes. Hago extensivo mi agradecimiento a todos los profesores, personal administrativo y de servicio ya que todos en su momento supieron dar su mejor aporte. Y de manera especial, mi agradecimiento al Ing. Holger Meza quien supo guiarnos como director de ésta investigacion. A mi familia, por siempre estar presente en mi vida dándome apoyo y sustento para poder realizar estas investigaciones en mi formación profesional.

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Contenido DIgSILENT Power Factory .....................................................................................................................1 DEDICATORIA ....................................................................................................................................2 AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................................... 2

RESUMEN En esta se ponencia presentan una serie de herramientas incluidas en PowerFactory, que permiten presentar los resultados de los cálculos o simulaciones realizadas. Estos elementos nos van a permitir mostrar gráficamente los cálculos realizados de la red o modelo en estudio. Los principales conceptos para la visualización son los Conjuntos de Variables (Variable Sets) y los Instrumentos Virtuales (Virtual Instruments). Con la idea de poder utilizar adecuadamente estas herramientas, se realiza una exposición de los pasos seguidos para la elección de las variables a simular o para su representación y los diferentes gráficos donde se va a poder realizar dicha representación.

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PALABRAS LLAVE PowerFactory, Instrumentos Virtuales, Conjuntos de Variables, Modelado de Sistemas Eléctricos, Gráficos. INTRODUCCION A la hora de realizar un trabajo utilizando la herramienta PowerFactory lo primero será la realización de la Red a analizar o esquema eléctrico, para posteriormente realizar los cálculos. Por ejemplo, los cálculos de Flujos de Cargas en PowerFactory se realizan simplemente presionando el icono, Calcular Flujo de Carga, en la barra de herramientas principal o seleccionando desde el Menú Cálculo, Flujo de Carga. Algo parecido sucede con los cálculos de Cortocircuitos. Además, el usuario va a poder seleccionar el método de simulación (RMS vs EMT), de representación de la red (equilibrado vs desequilibrado), la duración del tiempo de la simulación, el error máximo durante las iteraciones, etc. Pero muchas veces lo más interesante no son los cálculos realizados, sino su presentación gráfica. Pues a partir de ésta se puede analizar, comparar y posiblemente llegar a conclusiones de una forma más rápida. En la herramienta Powerfactory para realizar esta representación es importante seguir unos pasos concretos que abarcan la selección de las variables a presentar y elección del tipo de gráfico adecuado.

DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROGRAMA El programa de cálculo DIgSILENT es una herramienta computarizada avanzada de diseño asistido en ingeniería para el análisis de sistemas eléctricos de potencia comercial, industrial y a gran escala. Ha sido diseñado como un avanzado, integrado e interactivo paquete computacional dedicado a los sistemas de potencia para lograr los objetivos principales de planificación y operación. La naturaleza actual de los sistemas eléctricos de potencia es la de ser una compleja estructura formada por miles de elementos: generadores, transformadores, líneas, cargas etc., cada uno de los cuales tiene asociado elementos de medición, control, etc. de una naturaleza compleja. A futuro, la complejidad y las dimensiones de los problemas asociados a los sistemas de potencia aumentará. En tal sentido, los

Laboratorio Análisis De Sistemas De Potencia análisis de estos sistemas requieren de una poderosa herramienta como DIgSILENT PowerFactory para acometer en forma adecuada los estudios que la planificación y

operación

de

sistemas

de

potencia

requiere.

FUNCIONES PRINCIPALES Y ESPACIO DE TRABAJO FUNCIONES •

Flujo de potencia AC/DC

•

Análisis de Corto Circuito VDE/IEC

•

Fallas generales/Análisis de Eventos

•

Simulación dinámica (RMS)

•

Simulación de Transitorios Electromagnéticos EMT

•

Análisis de Eigenvalores

•

Reducción de redes

•

Coordinación de Relés de protección

•

Chequeo de la respuesta de unidades de Protección

•

Análisis Armónico

•

Cálculo de Confiabilidad

•

Despacho Económico

•

Interfases SCADA / GIS

•

Lenguajes DSL ++ y DPL

•

Diagramas unifilares del sistema modelado

•

Diagrama de configuración de subestaciones

•

Instrumentos virtuales para visualizar resultados

•

Interface A/D Medinas 2000 A/D

Todas estas funciones tienen acceso a una base de datos relacional rápida y común, con un sistema integrado de manejo de casos de estudio y escenarios de sistemas. Algunas características adicionales incluidas: Capas múltiples integradas, ventanas múltiples para ver simultáneamente diagramas unifilares u diagramas de subestaciones.

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Generación automática de configuración de subestaciones acorde al manual de la ABB con 5 configuraciones básicas, que pueden ser editadas de acuerdo a las especificaciones requeridas por el usuario.

•

El sistema más moderno de ventanas con un administrador de datos integrado (Data Manager).

•

Un administrador del sistema, con filosofía de manejo no redundante para la definición de casos de estudio y escenarios del sistema.

•

Cálculo de parámetros (OHLs, cables, maquinas, etc.).

DIAGRAMA UNIFILAR

De acuerdo con la filosofía de la aplicación, cada elemento en el DIgSILENT es un objeto, y todos los objetos son almacenados en una base de datos estructurada en árbol (similar al sistema de administración de archivos de Windows), la información gráfica al interior del DIgSILENT es conservada por medio de objetos gráficos. Un diagrama unifilar de una red en particular, por ejemplo, es almacenada como un objeto Single Line Graphic. En el DIgSILENT se tienen disponibles cuatro tipos de objetos gráficos: •

Diagramas unifilares que se utilizan para la definición de las redes eléctricas y para mostrar resultados de cálculo.

•

Diagramas de subestaciones para mostrar la topología de una subestación en particular y los resultados de cálculo.

•

Diagramas de bloques para la creación de circuitos lógicos (controles) y relés.

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•

VIP’s que pueden emplearse para la creación de gráficas, por ejemplo de resultados de simulaciones de estabilidad, cálculos de armónicos, etc. Las ventajas de esta herramienta son las siguientes:

•

El enlace entre la representación gráfica y los datos de objetos, sin tener necesariamente una relación 1:1 entre los objetos y los símbolos gráficos.

•

Además de permitir dibujar objetos existentes en la base de datos, permite crear objetos nuevos.

•

Permite ubicar y editar objetos de la base de datos más ágilmente.

•

Los resultados se presentan de una manera más clara para el usuario.

FLUJO DE CARGAS El problema del flujo de cargas consiste en el cálculo de flujos de potencia y voltaje de barras de un sistema eléctrico bajo condiciones normales de operación. Comúnmente los sistemas de transmisión son balanceados, y en estos casos es posible emplear una representación monofásica para su análisis. En sistemas de distribución, en cambio, lo más común es que se presenten desbalances debido a que las cargas son

normalmente

desbalanceadas

y,

por

tanto,

requieren

la

representación de las tres fases. El módulo de flujo de cargas del DIgSILENT permite ambos cálculos, sin que por ello sea necesario la información de las tres fases cuando los análisis monofásicos sean suficientes. Todas las restricciones que existen en los sistemas de potencia (tales como límites de capacidad de generadores, límites de cambiatomas, límites de transferencia de líneas, etc.) pueden ser o no considerados en los cálculos de flujo de carga. Así mismo, es posible definir elementos como máquinas

asincrónicas,

cargas

especiales,

FACTS,

cambiatomas

automáticos, etc., especificando su comportamiento individual.

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En el DIgSILENT la función de SLACK del sistema no necesariamente la cumple una sola máquina sino que es posible definir que varias máquinas la cumplan (SECUNDARY CONTROLS). Así mismo es posible controlar la tensión en una barra del sistema con la participación de los reactivos de varias máquinas (STATION CONTROLS). Los resultados de un flujo de carga pueden observase en forma tabular (UOTPUT window), en los diagramas unifilares (GRAPHIC windows), o en la base de datos (DATA MANAGER) y pueden imprimirse o ser guardados en archivos de aplicaciones de office. Las ventajas del cálculo de flujos de carga con DIgSILENT son las siguientes: •

La información de salida puede darse de varias maneras tal como tablas, gráficos, archivos, lo cual resulta práctico para la elaboración de los informes.

•

Al analizar un resultado, se puede determinar con facilidad qué elementos

•

dentro del sistema violan valores establecidos o se encuentran en rangos determinados, tanto de manera tabular como gráfica, lo que agiliza el proceso de ajuste del flujo de cargas.

•

La alta velocidad de cómputo es notable para sistemas grandes.

•

El cálculo se basa en un algoritmo Newton–Raphson no desacoplado

•

modificado de tal forma que siempre se garantiza la convergencia.

CORTOCIRCUITO

El digsilent ofrece los siguientes métodos de cálculo de cortocircuitos: •

Norma alemana vde 0102

•

Norma americana ansi y ieee c37

•

Norma internacional iec 909

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•

Método "complete''

•

El digsilent permite calcular:

•

Corrientes de cortocircuito máximas, las cuales sirven para determinar la

•

Capacidad de los equipos eléctricos a instalar

•

Corrientes de cortocircuito mínimas, que sirven como base para el cálculo

•

De fusibles o mecanismos de protección.

•

Corrientes de cortocircuito tomando como referencia el perfil de tensiones de un flujo de carga.

•

El programa tiene las siguientes ventajas:

•

El modelamiento que se requiere para el cálculo de flujos de carga permite también el cálculo de corrientes de cortocircuito trifásicas.

•

Para el cálculo de fallas asimétricas es necesario haber definido las

•

Impedancias de secuencia de los elementos del sistema: líneas, transformadores y máquinas.

•

El programa permite calcular corrientes de cortocircuito en varias subestaciones a la vez.

•

El programa permite calcular corrientes de cortocircuito para fallas

•

Simultáneas en varias subestaciones.

•

Para sistemas grandes es notoria la alta velocidad de cálculo.

•

Los resultados del cálculo se presentan en la ventana de salida en forma

Tabular (indicando los aportes por cada elemento conectado al punto de falla) y en los diagramas unifilares (mostrando el flujo de corrientes por todo el sistema graficado). estos resultados pueden imprimirse o convertirse en archivos con formato de office.

ESPACIO DE TRABAJO

Laboratorio Análisis De Sistemas De Potencia El programa utiliza un ambiente de trabajo muy similar al que se utiliza en Windows, las ventanas más importantes se muestran en la Figura 1. •

Ventana principal (1)

•

Ventana del administrador de datos (Data Manager) (2)

•

Ventana gráfica (3)

•

Ventana de salida (4)

También podemos observar la barra de título, la barra del menú principal y la barra de estado. Comencemos por estudiar los submenús que se encuentran en la barra del menú principal. FILE En la Figura 2 se observa el despliegue del menú file en el menú principal. EXAMPLES Contiene ejemplos de diversos sistemas (transmisión, distribución) con aplicación de los programas de flujo de carga; análisis de cortocircuito y cálculo de transitorios.

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Figura 1. Espacio de trabajo

SETUP TUTORIAL Acceso a un tutorial preparado para las funciones básicas del programa.

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Figura 2. Menu File

NEW, OPEN, CLOSE PROJECT Funciones para crear, abrir y cerrar proyectos de trabajo. OPEN GRAPHIC Función para abrir un diagrama unifilar existente. OPEN NEW DATA MANAGER Acceso al administrador de datos del DIgSILENT. OPEN NEW TEXT EDITOR Acceso al text editor del DIgSILENT.

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CONVERSION Función para convertir archivos que se encuentran en la versión 10.3xx, PSS/E, PSS/U, NEPLAN, GIS, NETCAL y SQD a la nueva versión. IMPORT, EXPORT Funciones para exportar e importar los archivos generados (*.dz). Con esto se puede mantener un backup de la información generada o poder realizar el intercambio de información, en el evento de no tener una base de datos centralizada. PRINT, PAGE SETUP, PRINTER SETUP Acceso para definir funciones y configuración de impresión. EDIT En la Figura 3 se observa el despliegue del menú Edit.

Figura 3. Menu Edit

SINGLE LINE GRAPHIC Se tiene acceso a las propiedades de los diagramas unifilares de los casos que se encuentren activados y a funciones como copiar, cortar, pegar, deshacer, borrar y seleccionar. OUTPUT WINDOW Cuando está maximizada la ventana de salida (ourput window) y con un click derecho en la misma, es posible realizar funciones como: definir los

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settings de los mensajes que aparecen en la pantalla, editar, copiar, seleccionar y abrir el editor para modificar los settings del texto. PROJECT Para definir áreas nuevas de trabajo (grids) o casos nuevos de estudio en el proyecto activo. STUDY CASE Edita el caso de estudio activo. En esta opción es posible: cambiar el nombre, mirar el contenido del caso de estudio, saber cuántas áreas y escenarios están asociados al caso de estudio activo y definir los prefijos de las unidades (Voltios, Amperios y Voltiamperios). CALCULATION En la Figura 4 se puede observar el despliegue del menú Calculation.

Figura 4. Menú Calculation

LOAD FLOW

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Con esta opción se accede a la pantalla flotante del flujo de carga y sus opciones respectivas, por ejemplo: Flujo de carga con dependencia de la tensión, adaptación automática de

modelos,

sistemas

balanceados

o

desbalanceados,

ajuste

automático de taps de transformadores, etc. SHORT CIRCUIT Acceso a la pantalla flotante del módulo de análisis de fallas y las funciones respectivas, por ejemplo: Método de solución y cálculo de las fallas (IEC, VDE), barras bajo falla, tiempo de interruptores, corrientes de corto, factores de corrección por tensión, consideración de motores, etc. STABILITY Para acceder a las funciones propias del módulo de estabilidad, como son: la comprobación de las condiciones iniciales, la definición de los tiempos de arranque y paro de la simulación, análisis modal u de identificación de parámetros. HARMONICS Acceso a la máscara flotante del módulo de Armónicos, con funciones particulares como por ejemplo: Cálculo de THD bajo las normas IEEE o DIN, característica de Impedancia – Frecuencia, distribución de las fuentes de tensión – corriente de armónicos. PROTECTION Acceso a la ventana flotante para ejecución de un estudio de coordinación de protecciones. TOWER TYPES Definición del tipo de torre asociado a una línea.

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OPTIMAL POWER FLOW Función para realizar un flujo de carga óptimo, definiendo valores al despacho de potencia activa, así como factores varios de penalización. RESET CALCULATION Borra de la memoria los cálculos realizados hasta el momento. DATA En la Figura 5 se observa el despliegue del menú Data.

Figura

5.

Menú

Data

STABILITY Con esta opción es posible seleccionar las variables que se quieren monitorear y también editar los eventos para la simulación de estabilidad. HARMONICS Definición de los datos necesarios para el estudio de armónicos, fuentes de corriente, tablas de frecuencia, etc. OUTPUT

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Figura 6. Menú Output En la Figura 6 se observa la pantalla con el menú de Output desplegado. En la pantalla se especifican a gusto del usuario la presentación de los resultados y los análisis particulares de cada una de las funciones estudiadas, por ejemplo: flujo de carga, cortocircuito, estabilidad, etc. SINGLE LINE GRAPHIC

Figura 7. Menú Output/Single Line Graphic Este menú se emplea para modificar los atributos específicos de presentación en los diagramas unifilares, filtros de colores para los niveles de tensión, y el bloque de leyendas.

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RESULTS FOR EDGE ELEMENTS Para configurar el tipo de resultados que se presentan en los elementos de rama en el diagrama unifilar. Es posible seleccionar resultados predefinidos como son: Cargabilidad de la línea; potencias activa, reactiva o aparente; tiempo de operación de relés; nombre de la protección asociada; o elegir algunos formatos que son editables por el usuario. RESULTS FOR BUSES Es posible elegir que se presenten las tensiones fase-fase o fase-neutro de las barras o elegir una máscara de resultados para las barra, la cual es editable. DOCUMENTACIÓN OF DEVICE DATA Con esta función podemos obtener una lista en la ventana de salida de todos los elementos, por ejemplo: si el elemento es un transformador, el usuario puede solicitar datos del mismo como: tipo, grupo de conexión, niveles de tensión, número de taps, etc. COMPARING OF RESULTS ON/OFF Con esta función podemos obtener una lista en la ventana de salida de todos los elementos, por ejemplo: si el elemento es un transformador, el usuario puede solicitar datos del mismo como: tipo, grupo de conexión, niveles de tensión, número de taps, etc. EDIT COMPARING OF RESULTS Sirve para ajustar los rangos de desviación de las variables antes mencionadas y así asignarle un color a cada uno para que sea mostrado en el diagrama unifilar. LOAD FLOW/SHORT – CIRCUIT Es posible después de haber montado un sistema, obtener una lista de las áreas que están aisladas y de los elementos que por cualquier motivo no conectamos. También después de haber corrido un flujo de carga o un corto circuito podemos obtener un reporte en la ventana de salida, escogiendo qué resultados deseamos ver. OPTIONS

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Figura 8. Menú Options Se definen los settings del usuario para los diagramas unifilares, formatos del dibujo y activación o desactivación de las herramientas de dibujo en los diagramas unifilares. WINDOW

Figura 9. Menú Window

Para el manejo de las ventanas en la plataforma de trabajo, personalización de los iconos y espacio de trabajo se emplean las funciones dentro del menú: ARRANGE ICONS, ARRANGE WINDOWS, TILE HORIZONTALLY, TILE VERTICALY, CASCADE, son comandos esencialmente para organizar las ventanas y su distribución dentro del espacio de trabajo. SAVE WORKSPACE

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Para salvar una distribución particular del espacio de trabajo definida por el usuario. HELP

Figura 10. Menú Help

En la Figura 10 se puede observar el despliegue del Menú Help en la barra de menú principal. GETTING STARTED Permite el acceso directo al material de ayuda en línea para el usuario inicial. USER MANUAL Comando para acceder al manual del usuario básico. TECHNICAL REFERENCE Comando para acceder a la ayuda en línea, sobre el soporte técnico de los distintos tópicos del programa. Por ejemplo: funciones de cálculo, modelación de subestaciones, modelos de elementos, etc. FREQUENTLY ASKED QUESTIONS – FAQS – Permite el acceso a la respuesta de algunas de las preguntas más recientes que se presentan al comenzar la interacción con el programa.

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ABOUT DIGSILENT Abre una ventana que presenta información correspondiente a la versión del programa que está siendo empleada, los derechos de autor y los módulos disponibles en la versión que se está trabajando. Además nos puede dar información acerca de si estamos en modo DEMO VERSION; es decir, si el programa no pudo leer la licencia. CONJUNTO DE VARIABLES Antes de realizar la representación gráfica de una simulación se seleccionan, de todas las posibles, las variables o magnitudes que se quieren representar. Por ejemplo, para un transformador de dos devanados, el total de posibilidades que se puede elegir son 1826, además también se puede elegir la opción de sistema equilibrado o desequilibrado. Muchas de ellas se podrán seleccionar desde distintos menús. Si se eliminan estas repeticiones, se quedan un total de 986 variables distintas. Estas posibilidades variarán dependiendo el elemento (e.g. generadores, barras de distribución, líneas, cargas, etc.). Así, se va a denominar Conjunto de Variables, a la colección de variables o magnitudes asociadas a un elemento y seleccionadas por el usuario, a partir de las cuales se podrá realizar una representación gráfica de la simulación de dichas variables o magnitudes. Para la elección de estas variables, se pulsa con el botón derecho del ratón sobre el elemento elegido y se selecciona Definir, Conjunto de Variables (Sim). Fig 11

Fig. 11. Selección de Conjunto de Variables

Laboratorio Análisis De Sistemas De Potencia Aparecerá la ventana de resultados (fig 12), mostrando los elementos que el usuario ha elegido para poder representar gráficamente. Se pulsa con el botón izquierdo dos veces sobre el icono de la primera columna del elemento que se quiera escoger para realizar la selección de variables y aparecerá la ventana de la fig 13.

Fig. 12. Ventana de Resultados Si ya se tiene elegido un elemento y se quiere modificar el conjunto de variables, no es necesario seguir estos pasos. Simplemente con seleccionar en la barra de herramientas, Datos, Estabilidad, Variables de Resultados, se llegaría a la misma ventana (fig. 12) de selección.

Fig. 3. Ventana de selección de Conjunto de Variables

Laboratorio Análisis De Sistemas De Potencia En la fig. 13 se muestra la ventana de selección de variables para el caso de un transformador de dos devanados. De todas formas, como se ha dicho antes, dependiendo del elemento se tendrá unas variables u otras. OBJETO Indica el nombre del elemento o componente de la red del que se está seleccionando las variables. Si se pulsa la flecha que indica hacia abajo, el programa permite la selección de otro elemento. Si se pulsa la flecha horizontal, el programa muestra la ventana de definición del elemento. MOSTRAR VALORES Permite o no según la selección, mostrar los valores calculados durante la simulación en la ventana de salida. FILTRO PARA Para poder encontrar y seleccionar las variables hay una serie de filtros que permiten que el usuario clasifique las variables a través de sistemas. Estos filtros son: •

Conjunto de Variables

•

Nombre de Variable

•

Nombre de Barra

VARIABLES DISPONIBLES El programa muestra las variables disponibles según el filtro que el usuario haya elegido. VARIABLES SELECCIONADAS Se indican las variables que el usuario ya ha seleccionado. Para ello usará las flechas seleccionar (>>) y deseleccionar (