Metodología para el Monitoreo Efectivo de las Variaciones de Tensión de Corta Duración en Sistemas Eléctricos de Potencia Jorge Marcial Campuzano Ayala Luis Adolfo Salinas Fertsch Pedro Gardel D.Sc. Benjamín Barán Universidad Nacional de Asunción

1) Introducción Beneficios 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

1) Introducción Calidad de Energía Responsabilidad 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)

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

Variaciones de tensión de corta duración (VTCD): 1) Introducción Variaciones 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.

2) Descripción del problema Selección 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. 220 kv 66 kv

2) Descripción del problema Para el ejemplo la matriz de tensiones de faltas (pu) es: Tensión observada en la barra: VB-A VB-B VB-C VB-D VB-E VB-F VB-G F-A 0.80 0.92 0.95 0.79 0.98 F-B 0.82 0.75 0.91 0.87 0.94 F-C 0.93 0.89 0.88 0.99 0.97 F-D 0.78 F-E 0.84 1 F-F 0.76 F-G 0.85 0.96 Falla en barra: 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.

2) Descripción del problema Se 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 0.80 0.92 0.95 0.79 0.98 F-B 0.82 0.75 0.91 0.87 0.94 F-C 0.93 0.89 0.88 0.99 0.97 F-D 0.78 F-E 0.84 1 F-F 0.76 F-G 0.85 0.96

2) Descripción del problema Se 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 1 F-B F-C F-D F-E F-F F-G

3) Formulación matemática Para resolver el problema de ubicación de RDP se utilizaron técnicas de: Programación Entera Lineal (Integer Lineal Programming – I.L.P.)

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

3) Formulación matemática del problema Matriz de Observabilidad, para el caso de la evaluación de Elevaciones de Tensión: aij =

3) Formulación matemática del problema Programación Entera Lineal Minimizar Sujeto a: donde: xj y aij є {0, 1}

3) Formulación matemática del problema Programación Entera Lineal donde: 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

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 ≥ 1 x1 + x2 + x3 + x5 ≥ 1 x2 + x3 + x4 ≥ 1 x3 + x4 + x7 ≥ 1 x1 + x2 + x5 + x6 ≥ 1 x5 + x6 ≥ 1 x4 + x7 ≥ 1 x1 x2 x5 x7 x3 x6 x4

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 F-B F-C F-D F-E F-F F-G

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 F-B F-C F-D F-E F-F F-G

3) Formulación matemática del problema Solución 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 F-B F-C F-D F-E F-F F-G

3) Formulación matemática del problema Ejemplo Se instalarán los equipos para la completa observabilidad en las estaciones: D y E

4) Selección de Estaciones Relevantes para la Extinción de las Fallas Consideraciones Líneas de transmisión radiales: Monitoreados desde el terminal fuente En líneas anilladas: Monitoreados desde ambos extremos

Selección de Estaciones Relevantes para la Extinción de las Fallas

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

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

Propuestas para la Red de la ANDE 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 supervisión de los equipos de protecciones en 220 kV 25 RDP ubicados en distintas estaciones y subestaciones Representa el 45 % del total.

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.

6) Conclusiones Se presentó una propuesta de ubicación de Registradores Digitales de Perturbación (RDP) para: Obtener una completa observavilidad de la red Obtener 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.

7) Trabajos futuros Se propone seguir con el trabajo considerando funciones multi-objetivos: maximización de la observabilidad minimización del número de equipamientos minimización del costo de instalación, etc.

¡Gracias por la atención! Consultas a: pgardel@pol.una.py