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.
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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.
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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
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
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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
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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.
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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)
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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)
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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.
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Figura 5.11: IEEE 9 Barras – Determinante de la matriz Jacobianaen función del factor de cargabilidad en la barra 8
Fuente: elaboración propia
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Figura 5.12: IEEE 9 Barras – Determinante de la matriz Jacobianaen función del factor de cargabilidad en la barra 6
Fuente: elaboración propia
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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