Manual Power World

Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica

IE  –  0502 Proyecto Eléctrico

ELABORACIÓN DE UN MANUAL DE USUARIO PARA EL SIMULADOR DE SISTEMAS DE POTENCIA POWER WORLD, VERSIÓN 14

Por: DAVID GONZÁLEZ SÁNCHEZ

Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Julio del 2010

ELABORACIÓN DE UN MANUAL DE USUARIO PARA EL SIMULADOR DE SISTEMAS DE POTENCIA POWER WORLD, VERSIÓN 14 Por: DAVID GÓNZALEZ SÁNCHEZ

Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de: BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA Aprobado por el Tribunal:

 ____________________________ _____   _________________________________  Ing. Luis Fdo. Andrés Jácome Profesor Guía

 __________________________ _______  _________________________________ Ing. Gonzalo Mora Jiménez Profesor lector

____________________________ _____  _________________________________  Ing. Raúl Fernández Vásquez Profesor lector 

ii

DEDICATORIA

A mi familia por brindarme apoyo, en especial a mis padres por enseñarme a no rendirme nunca y mostrarme el valor del trabajo duro. A Sylvia Castro por acompañarme y apoyarme durante tanto tiempo en mi vida y mostrarme que los sueños se pueden cumplir.

iii

RECONOCIMIENTOS

Al ingeniero Luis Fernando Andrés Jácome por darme la oportunidad de trabajar juntos y  por el tiempo y conocimientos brindados que permitieron la realización de este proyecto. Y a los ingenieros Gonzalo Mora Jiménez y Raúl Fernández Vásquez por sus sabios consejos y acertadas observaciones.

iv

ÍNDICE GENERAL

ÍNDICE DE FIGURAS ..................................................................................vii ÍNDICE DE TABLAS ..................................................................................... xi NOMENCLATURA......................................................................................... 1 RESUMEN ........................................................................................................ 2 CAPÍTULO 1: Introducción ........................................................................... 3 1.1

Objetivos .................................................................................................................5 1.1.1 Objetivo general .............................................................................................. 5 1.1.2 Objetivos específicos ...................................................................................... 5 1.2 Metodología ............................................................................................................6

CAPÍTULO 2: Desarrollo teórico .................................................................. 5 2.1

Conceptos básicos ................................................................................................... 5 2.1.1 Potencia en circuitos de corriente alterna ....................................................... 5 2.1.2 Potencia compleja ........................................................................................... 6 2.1.3 Sistema por unidad.......................................................................................... 7 2.1.4 Diagrama unifilar .......................................................................................... 10 2.2 Flujos de potencia ................................................................................................. 12 2.2.1 Método Gauss Seidel .................................................................................... 12 2.2.2 Método Newton Raphson ............................................................................. 14

CAPÍTULO 3: Manual de PowerWorld Simulator.................................... 17 3.1 3.2 3.2.1 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.2.1 3.3.2.2 3.3.2.3 3.3.2.4 3.3.2.5 3.3.2.6 3.3.2.7 3.3.2.8

Descripción general del programa ........................................................................ 17 Tipos de análisis que permite el simulador ...........................................................19 Versión de PowerWorld Simulator utilizada .......................................................21 Descripción de la interfase de trabajo de PowerWorld Simulator ........................ 22 Ventana General ................................................................................................... 22 Barra de Herramientas .......................................................................................... 23 Barra de Estado (Status Bar) ................................................................................. 28 Barra de Acceso Rápido ....................................................................................... 28 Barra de información del caso (Case Information)............................................... 30 Barra de dibujo (Draw) ......................................................................................... 34 Barra unifilar (Oneline) ........................................................................................ 55 Barra de análisis (Tools) ....................................................................................... 66 Barra de opciones (Options) ................................................................................. 75 Barra de añadidos (Add-Ons) ............................................................................... 76 v

3.3.2.9 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 3.4.8 3.4.9 3.4.10 3.4.11

Barra de ventanas (Windows) ............................................................................... 83 Descripción de cómo dibujar y resolver un caso en PowerWorld Simulator. ......84 Abriendo un caso nuevo ....................................................................................... 84 Agregando una barra ............................................................................................. 85 Agregando un generador ....................................................................................... 87 Agregando una barra con carga ............................................................................ 90 Agregando una línea de transmisión ..................................................................... 93 Agregando un interruptor ...................................................................................... 96 Agregando un transformador ................................................................................ 97 Agregando objetos variables ................................................................................. 99 Agregando bancos de capacitores ....................................................................... 102 Agregando los espacios para mostrar la información ......................................... 103 Solucionando el caso .......................................................................................... 109

CAPÍTULO 4: Guías de Laboratorios para el simulador PowerWorld 111 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7

Práctica Nº 1: Flujos de potencia ........................................................................ 112 Práctica Nº 2: Uso de transformadores para regular el flujo de potencia ........... 114 Práctica Nº 3: Análisis de sobrecarga de líneas ..................................................117 Práctica Nº 4: Análisis de fallas parte I .............................................................. 120 Práctica Nº 5: Análisis de fallas parte II ............................................................. 124 Práctica Nº 6: Disparo de generación ................................................................. 127 Práctica Nº 7: Estudio de voltajes críticos ..........................................................129

CAPÍTULO 5: Conclusiones y recomendaciones ..................................... 131 BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................... 133

vi

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 Triángulo de potencia para una carga inductiva ................................................ 7 Figura 2.2 Símbolos eléctricos publicados por IEEE y ANSI .......................................... 11 Figura 2.3 Diagrama unifilar de un sistema eléctrico de potencia .................................... 11 Figura 3.1 Ventana general del simulador PowerWorld versión 14 ................................. 22 Figura 3.2 Inicio del simulador PowerWorld versión 14 .................................................. 23 Figura 3.3 Ventana para trabajar un nuevo caso ............................................................... 24 Figura 3.4 Menú de opciones generales ............................................................................ 25 Figura 3.5 Barra de herramientas de PowerWorld Simulator ........................................... 26 Figura 3.6 Barra de estado en modo edición .................................................................... 28 Figura 3.7 Barra de estado en modo de simulación .......................................................... 28 Figura 3.8 Barra de acceso rápido..................................................................................... 29 Figura 3.9 Inserción de botones nuevos a la barra de acceso rápido ................................ 30 Figura 3.10 Barra de la sección de información del caso (Case Information) .................. 30 Figura 3.11 Menús que muestran la información del caso ............................................... 32 Figura 3.12 Opciones del botón de diferencia de flujos ................................................... 32 Figura 3.13 Barra de Herramientas de dibujo (Draw) ...................................................... 34 Figura 3.14 Opciones del botón de paleta de inserción rápida ......................................... 35 Figura 3.15 Lista de barras que se obtiene al seleccionar el botón Palette ....................... 36 Figura 3.16 Lista de las primeras seis opciones del menú Auto Insert ............................. 36 Figura 3.16 Lista de las siguientes cuatro opciones del menú Auto Insert ....................... 37 Figura 3.17 Lista de las siguientes dos opciones del menú Auto Insert ........................... 39 Figura 3.18 Lista de las opciones del menú Auto Insert ................................................... 39 Figura 3.19 Sección Individual Insert de la barra de herramientas de dibujo. ................. 40 Figura 3.20 Opciones del botón Network de la sección Individual Insert. ....................... 41 Figura 3.21 Opciones del botón Aggregation de la sección Individual Insert. ................. 41 vii

Figura 3.22 Opciones del botón Background de la sección Individual Insert. ................. 42 Figura 3.22 Opciones del botón Field de la sección Individual Insert. ............................ 43 Figura 3.23 Opciones del botón Pies/Gauge de la sección Individual Insert. .................. 44 Figura 3.24 Opciones del botón Indication de la sección Individual Insert...................... 44 Figura 3.25 Sección Select de la barra de herramientas de dibujo. .................................. 45 Figura 3.26 Tipos de áreas que se utilizan para seleccionar una región del modelo. ....... 45 Figura 3.27 Tipos de modos que se utilizan para seleccionar una región del modelo. ..... 46 Figura 3.28 Sección Formatting de la barra de dibujo. ..................................................... 46 Figura 3.29 Ventana que aparece al seleccionar el botón de formato. ............................. 47 Figura 3.30 Botones Anchors, copiar formato, pegar formato, atrás y adelante. ............. 48 Figura 3.31 Ventana que aparece al seleccionar pegar formato ....................................... 48 Figura 3.32 Opciones del menú Alignment ...................................................................... 49 Figura 3.33 Opciones del menú Grouping. ....................................................................... 50 Figura 3.34 Opciones del menú Layers. ........................................................................... 50 Figura 3.35 Creación de una capa nueva. ......................................................................... 51 Figura 3.35 Opciones de la capa nueva que se va a crear. ................................................ 51 Figura 3.36 Opciones de la sección Clipboard de la barra de dibujo. .............................. 53 Figura 3.37 Botones de la sección Zoom de la barra de dibujo. ....................................... 53 Figura 3.38 Ventana para buscar objetos del diagrama. ................................................... 55 Figura 3.39 Barra de herramientas unifilar (oneline). ...................................................... 56 Figura 3.40 Ventana de opciones de presentación del diagrama unifilar. ........................ 57 Figura 3.41 Ventana de contorno de la barra de herramientas unifilar ............................. 58 Figura 3.42 Ventana de opciones de contorno de la barra de herramientas unifilar ......... 59 Figura 3.43 Mapa de contorno para un caso ..................................................................... 60 Figura 3.43 Opciones del botón GIS Tools de la barra oneline. ....................................... 61 Figura 3.44 Opciones del botón List Display de la barra oneline. .................................... 62 Figura 3.45 Lista de objetos no conectados del botón List Display. ................................ 63 Figura 3.46 Ventana que se utiliza para salvar una vista .................................................. 64 Figura 3.47 Ejemplo de cómo se muestra información en el modo de simulación ..........65 Figura 3.48 Barra de análisis (Tools) ................................................................................ 66 viii

Figura 3.49 Ventana de opciones de simulador. ............................................................... 67 Figura 3.50 Opciones del botón Solve para seleccionar el método de solución del flujo de  potencia. ............................................................................................................................ 68 Figura 3.51 Ventana para realizar análisis de contingencias. ........................................... 69 Figura 3.52 Menú de opciones disponibles del botón Sensitivities de la barra Tools. .....70 Figura 3.53 Ventana para el análisis de fallas................................................................... 72 Figura 3.53 Ventana la simulación en el tiempo............................................................... 73 Figura 3.54 Ventana para la simulación de cargabilidad de la línea. ............................... 74 Figura 3.55 Menú con las funciones del botón de conexiones. ........................................ 75 Figura 3.56 Barra de opciones (Options). ......................................................................... 76 Figura 3.56 Barra de opciones (Options). ......................................................................... 77 Figura 3.57 Ventana que se abre para realizar el análisis de SCOPF. .............................. 78 Figura 3.58 Ventana de opciones y resultados del OPF. .................................................. 79 Figura 3.59 Ventana para iniciar el análisis de la curvas QV. .......................................... 80 Figura 3.60 Ventana para modificar el modelo para estudios de voltaje. ......................... 81 Figura 3.61 Ventana para realizar el análisis de capacidad de transferencia disponible. . 82 Figura 3.62 Sección de Ayuda de la barra de ventanas. ................................................... 83 Figura 3.62 Botón de Contenido que se encuentra disponible en todas las barras. .......... 83 Figura 3.63 Ventana para la colocación de una barra nueva con la pestaña de Display seleccionada. ..................................................................................................................... 85 Figura 3.64 Ventana para la colocación de una barra nueva con la pestaña de Bus Information seleccionada. ................................................................................................. 86 Figura 3.64 Colocación de una barra nueva. .................................................................... 87 Figura 3.65 Ventana de opciones del generador. .............................................................. 88 Figura 3.66 Pestaña de Display Information de la ventana de opciones del generador.... 89 Figura 3.67 Colocación de un generador en una barra. .................................................... 90 Figura 3.68 Ventana de opciones de barra con la pestaña Attached Device activada ...... 91 Figura 3.69 Colocación de la segunda barra en el diagrama. ........................................... 91 Figura 3.70 Ventana de opciones para la carga. ............................................................... 92 Figura 3.71 Colocación de la carga en el diagrama. ......................................................... 93 Figura 3.72 Ventana para opciones de la línea. ................................................................ 94 ix

Figura 3.72 Colocación de la línea de transmisión en el diagrama. ................................. 95 Figura 3.73 Ventana de opciones para los gráficos de pastel. .......................................... 96 Figura 3.73 Ventana para opciones de interruptor. ........................................................... 97 Figura 3.74 Ventana para opciones del transformador con la pestaña Display activada. . 98 Figura 3.74 Diagrama con varios transformadores ........................................................... 99 Figura 3.74 Ventana para modificar las opciones del espacio de la carga. .................... 100 Figura 3.75 Diagrama unifilar con carga y generación variable. .................................... 101 Figura 3.76 Ventana para modificar las opciones del banco de capacitores. ................. 102 Figura 3.77 Diagrama unifilar después de que se agregó el banco de capacitores. ........ 103 Figura 3.78 Ventana para introducir texto. ..................................................................... 103 Figura 3.79 Ventana para modificar la fuente del texto.................................................. 104 Figura 3.80 Ventana para modificar el fondo del texto .................................................. 105 Figura 3.81 Ventana para modificar el lugar donde aparecerá la información en la barra. ........................................................................................................................................ 106 Figura 3.81 Ventana para modificar la información en la barra. .................................... 107 Figura 3.82 Ventana para modificar la información en las líneas. ................................. 108 Figura 3.83 Diagrama unifilar mostrando todas las variable eléctricas. ......................... 109 Figura 3.84 Solución del diagrama unifilar mostrando todas las variable eléctricas. .... 110 Figura 4.1 Diagrama unifilar para el laboratorio Nº 2. ................................................... 114 Figura 4.2 Diagrama unifilar para el laboratorio Nº 3. ................................................... 118 Figura 4.3 Diagrama unifilar para el laboratorio Nº 4. ................................................... 121 Figura 4.4 Diagrama unifilar para el laboratorio Nº 5. ................................................... 127

x

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 4.1 Temas para las guías de laboratorio ................................................................ 111 Tabla 4.1.1 Valores de voltaje y ángulo para el método de Newton Rhapson ............... 113 Tabla 4.1.2 Valores de potencia activa y reactiva de las barras ..................................... 113 Tabla 4.2.1 Valores de potencia activa y reactiva a medida que se aumenta el cambiador  de derivaciones ............................................................................................................... 115 Tabla 4.2.2 Valores de potencia activa y reactiva a medida que se aumenta el ángulo de fase inicial ....................................................................................................................... 116 Tabla 4.2.1 Valores de voltaje para las diferentes barras. .............................................. 118 Tabla 4.2.2 Valores de potencia para las cargas. ............................................................ 119 Tabla 4.3.1 Valores de voltaje para las diferentes barras. .............................................. 121 Tabla 4.3.2 Valores de reactancia para los transformadores. ......................................... 122 Tabla 4.3.3 Valores de las diferentes cargas. .................................................................. 122 Tabla 4.3.3 Valores de la corriente de falla trifásica cuando ocurre en la mitad de la línea. ........................................................................................................................................ 123 Tabla 4.4.1 Valores de la corriente de falla monofásica a tierra..................................... 125 Tabla 4.4.2 Valores de la corriente de falla bifásica a tierra........................................... 125 Tabla 4.4.3 Valores de la corriente de falla línea a línea. ............................................... 125

xi

NOMENCLATURA ANSI

Instituto Nacional de Normas Americanas.

ATC

Módulo de análisis de la capacidad de transporte disponible.

 Demo

Versión demostrativa del programa.

Hz

Hertz.

IEEE

Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos.

kA

Kiloamperios.

kV

Kilovoltios.

MVA

Megavoltio amperios.

MVAr

Megavoltio amperios reactivos.

MW

Megawatts.

 Nom

valores nominales.

OPF

Análisis de flujo óptimo.

 PowerWorld  Simulador de sistemas de potencia.

PVQV

Módulo curvas de potencia activa/reactiva vs voltaje.

 p.u

Sistema por unidad.

TS

Módulo de análisis de estabilidad transitoria.

SCOPF

Módulo de flujo óptimo de cargas con restricciones de seguridad.

1

RESUMEN En el presente trabajo tiene como meta fundamental desarrollar un manual de usuario para el simulador de sistemas de potencia PowerWorld . Además de crear una serie de guías de laboratorio para poner en práctica los conceptos vistos en el manual. También se pretende con el manual y las guías repasar los conocimientos generales acerca de los sistemas de potencia. Para la elaboración del manual se utilizó la información que viene dentro del simulador, la cual se tradujo y se redactó manera sencilla. Para la confección de las guías de laboratorio se utilizaron las experiencias previas con el programa, asimismo de las recomendaciones brindadas por el profesor guía. En la preparación del manual se utilizó la versión Demo 14 del simulador  PowerWorld , la cual es la versión más reciente disponible durante la creación de este trabajo. El manual de usuario se divide principalmente en 3  partes: la primera se detallan los datos generales del simulador  PowerWorld , mientras que la segunda parte es una descripción de la interfaz de trabajo y la tercera parte es un ejemplo que ilustra como elaborar un diagrama unifilar en el simulador. Con este trabajo se quiere ilustrar el uso de programas de cómputo en los sistemas de potencia, esto debido a que en la actualidad dichos sistemas poseen un gran número de interconexiones y complejidad. El simulador  PowerWorld  simula casos reales y es muy utilizado para fines académicos, ya que presenta una interfaz muy interactiva y esto ayuda a entender mejor como se comportan los sistemas de potencia, por lo que es necesario poseer  con un manual que facilite el uso de dicho simulador. 2

CAPÍTULO 1: Introducción En la actualidad, las compañías eléctricas han aumentado de tamaño y se han incrementado el número de interconexiones, por lo que la planeación para las futuras expansiones del sistema se vuelven cada día más complejas. El costo de las adiciones y modificaciones ha hecho que las compañías eléctricas consideren una gran variedad de  posibilidades para el diseño y realicen estudios cada vez más detallados de las consecuencias que pueden ocasionar sobre el sistema la elección de cada alternativa. También es necesario reunir y manejar un gran número de datos con la mayor exactitud  posible para todas las redes para así lograr un análisis detallado de los diferentes casos que sufre la red. Hoy en día los programas de cómputo permiten almacenar una gran cantidad de datos, además de que la alta velocidad de la computadora permite ejecutar muchos casos distintos que son necesarios para el análisis y diseño de los sistemas de transmisión y generación. 1Las computadoras actuales tienen capacidad de almacenamiento y velocidad  para calcular en menos de 10 segundos las soluciones de flujos de potencia para redes de 30 000 barras y 50 000 líneas de transmisión. Existen diferentes programas, entre ellos: los de flujo de potencia, estabilidad, cortocircuitos y regímenes transitorios. Debido a estas razones es que este trabajo esta dirigido a la creación de un manual que permita a los estudiantes y profesionales un entendimiento claro del simulador   PowerWorld , debido a que esta herramienta permite simular distintos casos que se pueden 1

Duncan Glo ver, J, Mulukutla Sarma S, “Sistemas de Potencia ”.Mexico 2003, Capitulo 1, página 16.

3

 presentar en un sistema de potencia. Es importante mencionar que se utilizará la versión 14 del programa, ya que durante la realización del manual era la versión más nueva y de libre acceso que se encuentra disponible. El simulador  PowerWorld trabaja con sistemas interconectados de corriente alterna, de alta potencia y alta tensión, de corriente trifásica de 50 ó 60 Hz y se representan los sistemas mediante diagramas unifilares. Es un programa interactivo de sencillo uso que gracias al empleo de animaciones y gráficos permite un mayor entendimiento de las características del sistema, problemas y restricciones, así como la forma de solucionar  dichos problemas. Es por estas razones que se decide trabajar con dicho simulador, debido a que es de fácil acceso, gratuito y permite visualizar de manera real como se comportan los diferentes elementos del sistema de potencia La creación de este manual para el simulador  PowerWorld pretende servir de guía a todas las personas que utilicen dicho programa, ya que el manual presenta las diferentes funciones de manera sencilla y paso a paso de manera que los usuarios puedan avanzar de casos sencillos a casos cada vez más complejos. Además que se presentan ejemplos para lograr que las funciones del simulador queden lo bastante claras.

4

1.1

Objetivos

1.1.1 Objetivo general Elaborar un manual de usuarios con el cual los estudiantes y profesionales en ingeniería eléctrica puedan aprender de manera correcta y sencilla el uso del Simulador de Sistemas de Potencia  PowerWorld  y desarrollar una serie de prácticas que conformen un laboratorio.

1.1.2 Objetivos específicos 

Realizar un compendio de los conceptos básicos que se utilizan en los sistemas de  potencia, con la finalidad de facilitar la comprensión del simulador  PowerWorld .



Desarrollar un manual de usuario para el simulador de sistemas de potencia  PowerWorld , versión 14, con el fin de que sea la guía para el desarrollo de prácticas

y de uso del programa de cómputo. 

Confeccionar una serie de prácticas de laboratorio para aplicar los conceptos aprendidos con el manual de usuario y poder implementar dichos laboratorios en el curso de Transmisión de Potencia.



Facilitar a los usuarios ejemplos de diversos casos y su correspondiente simulación con PowerWorld para mejor entendimiento de los temas tratados.

5

1.2

Metodología La primera parte del proyecto consiste en la elaboración del manual de usuario para

el simulador  PowerWorld . Se trabajará con el manual que se encuentran disponible dentro del simulador, se traducirá y se redactará de manera que se explique de manera sencilla la utilización de dicho programa. Se presentarán figuras que permitan al usuario visualizar  como es que se utiliza una determinada función y se explicarán los pasos necesarios que se realizaron para activar dicha función. También se explicará para que sirven cada una de las funciones del simulador. Una vez que se realice el manual, con ayuda de los profesores lectores y guía de este proyecto, se realizarán una serie de prácticas de laboratorio que permitan aplicar los conceptos utilizados en el manual de usuario. Para dichas prácticas de laboratorio se  presentará la solución para que los estudiantes puedan verificar el correcto uso del simulador y obtener los mismos resultados para después realizar un correcto análisis de dicho sistema. Por último después de realizar las prácticas de laboratorio y revisarlas, se  pretende que dichos laboratorios sean utilizados en el curso de Transmisión de Potencia.

6

CAPÍTULO 2: Desarrollo teórico 2.1 Conceptos básicos Para todo ingeniero de sistemas de potencia los aspectos fundamentales que se deben estudiar son las condiciones normales y anormales del sistema eléctrico. Para ello debe de estar familiarizado con los circuitos de ca en estado estable, así como con los circuitos trifásicos. Antes de proceder con el manual se deben entender los conceptos  básicos de los sistemas de potencia para tener un panorama claro de los casos que se desean estudiar, ya que si no se manejan los conceptos básicos de forma clara no se  podrá entender los resultados de las simulaciones.

2.1.1 Potencia en circuitos de corriente alterna En general, el ingeniero de sistemas de potencia está interesado en la razón de cambio de la energía con respecto al tiempo en términos del voltaje y la corriente, lo cual corresponde a la definición de potencia. La unidad de potencia es watt, y es el  producto de la caída de voltaje instantáneo a través de la carga y de la corriente instantánea que entra en la carga en cierto instante. La potencia instantánea es:  P   V max I max cos  t cos( t    )

En la ecuación anterior, el ángulo

ө

es positivo cuando la corriente atrasa al

voltaje y es negativo cuando la corriente está en adelanto. Un valor positivo de potencia significa que la energía es absorbida por la carga, se obtiene cuando la corriente fluye en la dirección de la caída de voltaje y es la razón de transferencia de energía a la carga. Por el contrario, la potencia negativa representa la energía que es transferida desde la carga al sistema y se obtiene cuando la corriente fluye en la dirección de elevación de voltaje.

5

(2.1-1)

Cuando se trabaja con valores rms del voltaje y la corriente, la ecuación 2.1-1 se transforma en la siguiente expresión:  P   V   I  cos 

(2.1-2)

P es la potencia promedio, y también se le conoce como potencia real o activa. El coseno del ángulo entre el voltaje y la corriente, se llama factor de potencia. Para un circuito inductivo el factor de potencia está en atraso, mientras que para un circuito capacitivo lo tiene en adelanto. Es decir, el factor de potencia en adelanto y el factor de  potencia en atraso indican si la corriente atrasa o adelanta el voltaje aplicado respectivamente. Existe otro término adicional para la potencia, el cual es la potencia reactiva instantánea y expresa el flujo de energía que, en forma alternada, va hacia la carga y regresa de ella. El valor máximo de esta potencia pulsante, denominada Q, se llama  potencia reactiva y su unidad es voltamperes reactivos o vars. Su ecuación es la siguiente: Q  V   I  sen 

(2.1-3)

2.1.2 Potencia compleja La potencia compleja se define como el voltaje por la corriente conjugada, es decir de la siguiente manera: S   VI *   P  Qj

De la expresión anterior se deduce que la potencia reactiva será positiva cuando el ángulo de fase entre la corriente y el voltaje sea positivo; lo cual significa que la corriente atrasa al voltaje. Por el contrario Q será negativa cuando el ángulo de fase

6

(2.1-4)

entre el voltaje y la corriente es negativo, lo que implica que la corriente está adelantando al voltaje. De la ecuación 2.1-4 se puede obtener un método gráfico para obtener P, Q y el ángulo de fase para la carga si se conoce el factor de potencia de dicha carga. Dicha representación gráfica se denomina triangulo de potencia. En la figura 2.1 se muestra el triángulo de potencia para una carga inductiva. Si se tienen varias cargas en paralelo, la  potencia activa total será la suma de las potencias promedio de las cargas individuales, la cual puede ser graficada a lo largo del eje horizontal del triángulo de potencia. Para una carga inductiva, Q se dibujará verticalmente hacia arriba puesto que es positiva, mientras que para una carga capacitiva tendrá potencia reactiva negativa y Q se dibujará de manera verticalmente hacia abajo. El coseno del ángulo

ө

representa el factor de

 potencia.

Figura 2.1 Triángulo de potencia para una carga inductiva 2 2.1.3 Sistema por unidad Las líneas de transmisión de potencia operan a niveles en los la medida más cómoda para expresar su voltaje es el kilovolt (kV). Debido a que se transmite una gran cantidad de potencia, los términos comunes para dichas medidas son los kilowatts o megawatts y los kilovoltamperes o megavoltamperes. Sin embargo, estas cantidades, al 2

Figura tomada del libro Grainger J, Stevenson W, “ Análisis

Capitulo 1, página 10.

7

de Sistemas de Potencia”.Mexico 2001,

igual que los amperes y los ohms, se expresan frecuentemente en por ciento o en unidad de un valor base o de referencia especificado para cada uno. El valor en por unidad (pu) de cualquier cantidad se define como la relación de la cantidad a su base y se expresa como un decimal. El método en por unidad tiene una ventaja, la cual es que dos cantidades expresadas en por unidad se expresa también en por unidad. El voltaje, la corriente, los kilovoltamperes y la impedancia están relacionados de tal manera que la selección de los valores base para cualquiera dos de ellos determina la base de los dos restantes. La impedancia base es aquella que tiene una caída de voltaje igual a la del voltaje base, cuando la corriente que fluye a través de ella es igual a la del valor base de corriente. Por lo general, los MVA base y los kV base las cantidades seleccionadas para especificar las bases. Las cantidades pu pueden ser calculadas de la siguiente forma: V  pu 

 I  pu 

 Z  pu 

 P  pu 

V nom V base  I nom  I base  Z nom  Z base

 P nomt  ( watts )

Q pu 

VAbase Qnom (VAR ) VAbase

Donde el subíndice nom se refiere a las cantidades nominales. También se  pueden expresar la corriente base y la impedancia base en términos del voltaje base y de

8

(2.1-5)

(2.1-6)

(2.1-7)

(2.1-8)

(2.1-9)

la potencia compleja base. Tales expresiones se presentan a continuación y son solo válidas para sistemas monofásicos.  I base 

 MVAbase *103

 Z base 

kV  (kV base ) 2  MVAbase

(2.1-10)

(2.1-11)

Para sistemas trifásicos con conexión en delta se tienen las siguientes expresiones: kV base(3 )  kV base(1 )

(2.1-12)

 I base(3 )  3I base(1 )

(2.1-13)

 MVAbase(3 )  3MVAbase(1 )

(2.1-14)

Para sistemas trifásicos con conexión en estrella se tienen las siguientes expresiones: kV base(3 )  3kV base(1 )

(2.1-15)

 I base( 3 )  I base(1 )

(2.1-16)

 MVAbase(3 )  3MVAbase(1 )

(2.1-17)

La impedancia base de ambas conexiones se calcula de la misma manera, la cual es la siguiente:  Z base(1 ) 

(kV base(1 ) ) 2  MVAbase(1 )

(2.1-18)

En algunas ocasiones, la impedancia en por unidad de un componente del sistema se expresa sobre una base diferente de la seleccionada en el lugar donde la 9

componente se localiza. Es necesario contar con medios para convertir las impedancias en por unidad de una base a otra, debido a que todas las impedancias de un sistema se deben expresar sobre la misma impedancia base. Para cambiar la impedancia en por  unidad sobre una base dada a impedancia por unidad sobre una nueva base, se aplica la siguiente ecuación:   kV dadosbase     Z nuevaen  por  unidad    Z dadaen  por  unidada *  kV  base   nuevos  

2

 kVAnuevosbase    kVA base dados    

(2.1-19)

2.1.4 Diagrama unifilar Muchas veces el interés radica en la manera de representar la unión de los componentes del sistema, es decir transformadores, motores, máquinas sincrónicas y líneas de transmisión, para modelar un sistemas de potencia completo. Ya que un sistema trifásico balanceado siempre se resuelve como un circuito monofásico, o por  fase; rara vez es necesario mostrar más de una fase y el neutro de retorno cuando se dibuja el diagrama del circuito. El diagrama se simplifica aún más al omitir el neutro del circuito e indicar las partes que lo componen mediante símbolos estándar en lugar de sus circuitos equivalentes. No se muestran los parámetros del circuito, y las líneas de transmisión se representan por una sola línea entre dos terminales. A este diagrama simplificado de un sistema eléctrico se le llama diagrama unifilar o de una línea. Éste indica, por una sola línea y por símbolos estándar cómo se conectan las líneas de transmisión con los aparatos asociados a un sistema eléctrico. El propósito de un diagrama unifilar es el de suministrar en forma concisa información significativa acerca del sistema. La importancia de las diferentes piezas de un sistema varía con el problema bajo consideración, y la cantidad de información que se incluye en el diagrama depende del propósito para el que se realiza.

10

El Instituto Nacional de Normas Americanas (ANSI, siglas en inglés) y el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE, siglas en inglés) han publicado un conjunto de símbolos estándar para los diagramas eléctricos. A continuación se  presentan algunos de esos símbolos.

Figura 2.2 Símbolos eléctricos publicados por IEEE y ANSI 3 En seguida se presenta un diagrama unifilar de un sistema de potencia sencillo, es común dar información sobre el diagrama que esté relacionada con las cargas, los valores nominales de los generadores y transformadores y con las reactancias de los diferentes componentes del circuito.

Figura 2.3 Diagrama unifilar de un sistema eléctrico de potencia 4 3

Figura tomada del libro Grainger J, Steven son W, “Análisis de Sistemas de Potencia”.Mexico 2001, Capitulo 1, página 32.

11

2.2Flujos de potencia Los estudios de flujos de potencia son de gran importancia en la planeación y diseño de la expansión futura de los sistemas de potencia, así como también en la determinación de las mejores condiciones de operación de los sistemas existentes. La información que se obtiene de los flujos de potencia es la magnitud y el ángulo del voltaje en cada barra y las potencias real y reactiva que fluyen en cada línea. Esto se debe a que el análisis nodal común o de mallas, no es adecuado para estudios de flujo de  potencia por que los datos de entrada para las cargas por lo general se dan en términos de potencia, no de impedancia. Asimismo, se considera a los generadores como fuentes de potencia, no fuentes de voltaje o corriente. El problema de flujos de potencia se formula como un conjunto de ecuaciones algebraicas no lineales adecuado para resolverlo por computadora, debido a la complejidad matemática de estas ecuaciones. Los programas para resolver los flujos de  potencia calculan la magnitud y ángulo del voltaje en cada barra, además permiten calcular los flujos de potencia real y reactiva para los equipos que interconectan las  barras, así como las pérdidas de los equipos. Son de interés tanto los elementos de sistema de potencia existente como los cambios propuestos, incluyendo nueva generación y transmisión para satisfacer el crecimiento de la carga proyectada.

2.2.1 Método Gauss Seidel Este método se basa en la propuesta de Seidel en 1874. Para un sistema de  potencia se puede escribir la relación de tensiones nodales respecto a las corrientes que se inyectan en éstos mediante la matriz de admitancias:

4

Figura tomada del libro Grainger J, Stevenson W, “ Análisis

Capitulo 1, página 33.

12

de Sistemas de Potencia”.Mexico 2001,

Dada la información que se maneja en un sistema de potencia, se pueden definir  tres tipos de barras: 

Barras de carga (barras PQ). Son las barras donde no hay generación y se conoce la carga activa y reactiva. Esta información de obtiene de sistema de monitoreo o de facturación. Normalmente se asume que estas se comportan como cargas de  potencia constante. En éstas barras se tiene que averiguar los valores de magnitud de voltaje y ángulo de fase.



Barras de tensión controlada (barras PV). Son barras donde un equipo mantiene controlado la magnitud de la tensión. Esto puede lograrse mediante un generador  y la acción del sistema de excitación. El sistema de excitación controla la tensión terminal del generador y provoca que varíe el aporte de potencia reactiva de éste. También en los generadores es conocido en estado estable la consigna de generación de éstos. Generalmente se conoce los límites de entrega de potencia reactiva de los elementos que controlan la tensión. Por lo anterior en éstas barras se tiene que averiguar los valores de ángulo de fase y potencia reactiva.



Barra oscilante o de compensación. Corresponde a una barra de generación y que ha sido elegida para que entregue la potencia activa correspondiente a las  pérdidas de transmisión. Las pérdidas de transmisión se deben principalmente a las resistencias de las líneas y es un valor que no se conoce en un inicio pues depende de todas las tensiones del sistema. El ángulo de la barra oscilante del sistema sirve como referencia para los

ángulos de las tensiones. Dado que los valores de potencia reactiva y active estarán definidos por las diferencias angulares, no es importante el valor que se use. Lo normal es utilizar la barra oscilante con un ángulo de 0 grados. Por lo anterior en ésta barra se

13

averigua al final de la solución los valores de Pi y de Qi de todas las barras de generación. Lo normal es que se escoja como barra oscilante una máquina de gran capacidad nominal. Debe tenerse que en cuenta que la ubicación de ésta tendrá un impacto en los resultados obtenidos. De acuerdo a lo información del sistema descrita anteriormente y partiendo de la ecuación de potencia compleja se desarrolla el método Gauss-Seidel que se presenta a continuación. S   VI *  S *  V * I 

 I i 

 N 

Y  V  in

(2.2-20)

(2.2-21)

n

n 1

S i

*

V i

*

  I i 

 P i   jQi V i

*

S i

*

V i

*



 P i   jQi V i

N 

 Y inV n

*

(2.2-22)

(2.2-23)

n 1

La ecuación anterior es la solución del método Gauss Seidel, presenta un grado de dificultad, ya que es una ecuación no lineal que amerita una solución mediante métodos iterativos ósea métodos numéricos de solución de ecuaciones no lineales, por  lo que es de gran ayuda los programas de computadoras.

2.2.2 Método Newton Raphson Es el método de solución más utilizado por su rápida convergencia a la solución y la información adicional que provee. Este se fundamenta en la expansión en series de Taylor y el algoritmo de solución transforma un problema no lineal en una secuencia de  problemas lineales cuyas soluciones se van aproximando a la solución del problema original.

14

Tiene la necesidad de ser implementado en un programa con capacidad de manejo matricial. Al igual que el método Gauss-Seidel, es un método iterativo que  puede ser utilizado para resolver ecuaciones. El método se fundamenta principalmente en la siguiente ecuación de pendiente que es resuelta en forma iterativa hasta obtener el error o tolerancia deseada, es decir se desea obtener el valor x para una función con y conocido.   f  ( x)   y

(2.2-24)

1

(2.2-25)

 x k 1   x k  

'

k 

  f   ( x )

( y   f  ( x k  ))

Aunque puede ser utilizado con las ecuaciones de potencia activa y reactiva del método Gauss-Seidel (ecuaciones en formulación rectangular), se procede a poner éstas en forma polar.  P i 

 N 

 Y  V V  in

i

n

cos( in   n   i )

(2.2-26)

n 1

 N 

 Y  V V  sen( 

Qi  

in

i

n

in

  n   i )

(2.2-27)

n 1

En este caso las expresiones anteriores son las funciones cuyas variables de tensión y ángulo nos llevan a un valor conocido que es el valor de P y Q en la carga. Los valores desconocidos son las magnitudes y ángulos de la tensión tal que hacen cumplir las ecuaciones anteriores con los valores de carga en cada barra.        x    V    V 

i

 N 

i

 N 

15

    y   P  Q     

(2.2-28)

  P   P   P ( x)   P ( x)    f  ( x)    y    Q Q  Q( x)  Q( x)    

 x 

 y

 J 

(2.2-29)

(2.2-30)

Donde J es la matriz jacobiana, la cual es resultado de aplicar derivadas parciales a la expresión del cambio de potencia y se obtiene una expresión con cambios respecto al ángulo y tensiones de todas las barras.   P   P       V    J    Q Q        V    

(2.2-31)

Para cada celda de la expresión anterior y a partir de derivadas de la ecuación de  potencia activa y reactiva de la barra, se obtienen una serie de ecuaciones para el cálculo de cada celda. Se recomienda para su cálculo revisar la bibliografía de este trabajo. Una vez definido los cambios en las variables se procede actualizar los valores incógnita. Luego, con los nuevos valores se debe volver a calcular la potencia activa y reactiva en cada barra con el fin de verificar la convergencia. Cuando la mayor diferencia sea menor a un valor de tolerancia previamente definido se ha alcanzado la solución deseada. Debida a la complejidad para crear y calcular el jacobiano y de que se requiere manejo matricial e iterativo, es necesario del uso de programas de computadoras para la solución de este método.

16

CAPÍTULO 3: Manual de PowerWorld Simulator 3.1

Descripción general del programa El programa de simulación por computadora de sistemas de potencia

 PowerWorld  permite

realizar distintos tipos de análisis, entre los cuales se encuentran:

flujos de carga, flujo de potencia óptimo, fallas por cortocircuito, estabilidad, despacho económico, entre otros. Trabaja en un ambiente gráfico e interactivo con el usuario y está destinado a labores de ingeniería, personal técnico y para fines académicos en el análisis de sistemas de potencia. El programa está dirigido principalmente a sistemas de  potencia interconectados, ya que permite trabajar por áreas y zonas. Está estructurado en una seria de módulos interrelacionados entre sí a través del módulo principal de cálculo de cargas. Para la ejecución del simulador   PowerWorld  se necesita cualquiera de las siguientes plataformas operativas: Windows 2000, NT, XP y Vista. Aunque se desconocen los requerimientos de hardware ideales para la operación eficiente del  programa, este se ha probado satisfactoriamente con fines educativos en equipos con las siguientes especificaciones: 

Procesador Pentium 4 1.70 GHz.



512 MB de memoria RAM.



Disco Duro de 80 GB.



Monitor Plug and Play, Tarjeta de video (1280 x 1024).



Sistema operativo Windows XP.

17

Por lo que si el simulador se puede ejecutar sin problemas en equipos superiores. El tamaño de los archivos es en promedio de 5kB, con lo cual no ocupa mucho espacio de memoria y es de sencillo transporte de un equipo a otro. En la versión 14 de PowerWorld Simulator se trabaja principalmente con archivos de tipo *.pwb ( PowerWorld Binary), el cual almacena los datos del caso de simulación y también el diagrama unifilar del caso de estudio. Una ventaja de este tipo de archivos es que ocupa poco espacio de memoria y la desventaja es que debido a que se guarda en forma binaria, no puede ser abierto en un editor de texto estándar. Otro tipo de archivos que se incluyen en esta versión son los de tipo *.aux ( PowerWorld  Auxiliary  File),

en los cuales los datos de todo el caso de simulación se escriben en un archivo de

texto, por lo cual son considerablemente más grandes que los archivos *.pwb y es recomendable no usar el formato *.aux a menos de que sea completamente necesario. Todos los parámetros, funciones y herramientas del modelo son fácilmente accesibles mediante la Interfaz Gráfica de Usuario (IGU) del Simulador, lo cual le ofrece un fácil manejo y, de esta forma, una mejor condición de aprendizaje. La IGU del Simulador, que ha sido durante mucho tiempo la característica más relevante del  programa (debido a que es la más obvia ventaja sobre otros programas de simulación), es de una gran ayuda tanto en la utilización del programa como en la interpretación de sus resultados. Usando los diagramas unilineales y la información en los diálogos, es  posible construir y modificar un modelo gráficamente y verificar de manera conveniente que los cambios que se han hecho son, efectivamente correctos. En el Modo de Edición, el programa permite construir nuevos casos ya sea desde el principio o desde un caso de flujo de potencia existente.

18

3.2

Tipos de análisis que permite el simulador La principal característica de  PowerWorld Simulator  es la de simular flujos de

 potencia (en su versión completa es capaz de simular hasta 100.000 barras) usando diagramas unifilares animados. A continuación se presentan los principales tipos de análisis que realiza el simulador. 

Flujo de cargas. Es el módulo principal. Permite resolver sistemas de hasta 12  barras (versión demo, versión completa hasta 100.000 barras) y analizar los resultados en modo texto o gráficamente. Adicionalmente, permite estudiar la evolución del sistema a lo largo del tiempo, resolviendo, de forma sucesiva e independiente, un flujo de cargas para cada intervalo de análisis. Los métodos que utiliza para resolver el flujo de carga son: Gauss Seidel, Newton Rhapson o el OPF (flujo de potencia óptimo)



Despacho económico. Permite realizar estudios de despacho económico de cargas para analizar los costos de generación. Igualmente, permite realizar  análisis económicos de intercambios entre las diferentes áreas de un sistema eléctrico.



Cálculo de fallas. Permite realizar un cálculo de fallas para la ubicación y tipo de falla que se especifique en el sistema. Los resultados se presentan en modo texto o gráficamente.



Análisis de contingencias . Permite realizar el análisis de contingencias, bien de forma manual, interactuando con la representación gráfica del sistema, o bien de forma automatizada (muy útil cuando el sistema a analizar es complejo).

19



Factores de distribución de transacciones . Permite realizar estudios económicos de transacciones de potencia entre agentes, en sistemas eléctricos liberalizados.



Análisis de sensibilidades. Permite hacer estudios de sensibilidad de las magnitudes eléctricas ante cambios unitarios de la potencia inyectada en los  buses del sistema sistema Además de los módulos indicados, es posible añadir módulos adicionales para

ampliar la funcionalidad de  PowerWorld Simulator . Estos módulos se adquieren por  separado y los estudios que se pueden realizar con ellos son los siguientes: 

Módulo de estabilidad de tensión (PV/QV). Permite realizar análisis de estabilidad de tensión resolviendo múltiples flujos de carga de forma consecutiva. Esta herramienta permite obtener la curva potencia activa- tensión (PV) para una transacción determinada y la curva potencia reactiva-tensión (QV)  para cada bus del sistema.



Módulo de flujo óptimo de cargas (OPF). Permite realizar análisis de flujo óptimo de cargas, de forma que se añaden restricciones adicionales al flujo de cargas básico con el fin de minimizar una función objetivo (coste de generación, coste de las pérdidas, número de acciones de control, etc.).



Módulo de flujo óptimo de cargas con restricciones de seguridad (SCOPF). Incluye el análisis de contingencias dentro de la solución del OPF, de forma que se busca aquella solución que minimice la función objetivo y que cumpla con las restricciones de seguridad impuestas.



Módulo de análisis de la capacidad de transporte disponible (ATC). Permite realizar análisis que determinan la máxima potencia activa que puede 20

transmitirse entre dos partes de un sistema eléctrico sin que se superen los límites de operación. También existe la opción de crear archivos Script  que sirven para automatizar  las acciones durante la simulación de un caso; por medio de estos archivos se pueden  programar eventos para todos los tipos de elementos, eventos eventos de simulación, eventos eventos del diagrama unifilar, entre otros. El simulador incluye controles automáticos para elementos como generadores, transformadores y elementos de compensación en  paralelo con las barras de un sistema. Para generadores, generadores, dispone de opciones tales tales como  Automatic Generation Control ) control automático de generación, el AVR  el AGC ( Automatic  Automatic Voltage Regulation ) regulación de tensión automática, tanto para ( Automatic

generadores como para transformadores con cambio de derivación ( taps). Por último, el simulador permite que los generadores trabajen con curvas de costos definidas por el usuario y tiene la capacidad de simular variaciones en la carga, ya que permite introducir curvas de carga diaria, semanal y de fines de semana.

3.2.1 Versión de PowerWorld PowerWorld Simulator utilizada Es importante resaltar que la principal característica de  PowerWorld Simulator  es la solución de flujos de potencia. De hecho, las versiones anteriores del simulador no incluían la posibilidad de realizar análisis de fallas como lo hace la versión actual y solo se centraban en la solución de flujos de potencia. Se escogió este programa en su versión Demo, ya que es la versión más actualizada hasta el momento y además es de comercialización gratuita y se puede descargar directamente de Internet. En esta versión, se pueden realizar estudios de hasta 12 barras (debido a que es un Demo) que resulta suficiente para fines educativos, y se pueden realizar los mismos estudios que la versión completa.

21

La versión del programa utilizada para la realización de este trabajo es  PowerWorld Simulator  14.05

versión para uso educativo. Esta versión es soportada por 

los sistemas Windows 2000/XP/Vista o cualquier sistema operativo de  Microsoft  Windows superior.

3.3

Descripción de la interfase de trabajo de PowerWorld Simulator

3.3.1 Ventana General Para ingresar a la ventana general del programa se debe acceder a la barra de inicio, luego elegir “todos

los  programas” y finalmente el archivo de  PowerWorld  o

 bien seleccionar  el Icono que se encuentra en el “escritorio” y darle doble clic. Luego de realizar esta operación se obtiene la ventana que se muestra en la figura 3.l.

Figura 3.1 Ventana general del simulador PowerWorld versión 14 5

El programa PowerWorld Simulator versión 14 se puede descarga de manera gratuita de la página http://www.powerworld.com/downloads/demosoftware.asp

22

Para iniciar el programa se debe se seleccionar el símbolo de  PowerWorld  que se encuentra en la esquina superior izquierda como se muestra en la figura 3.2.

Figura 3.2 Inicio del simulador PowerWorld versión 14

3.3.2 Barra de Herramientas Para crear un nuevo caso (archivo nuevo), se debe elegir  New Case después de seleccionar el círculo azul de la esquina superior izquierda. Luego de que se seleccione  New Case aparecerá ventana de trabajo como se muestra en la

23

figura 3.3.

Figura 3.3 Ventana para trabajar un nuevo caso Una vez que se selecciona un caso nuevo o un caso ya existe se habilitan todas las opciones del símbolo de  PowerWorld  (círculo azul) que es como la opción de  File o Archivo de ediciones anteriores. En la figura 3.4 se presentan todas las opciones generales del simulador.

24

Figura 3.4 Menú de opciones generales 

New Case: Crea un nuevo archivo de trabajo.



Open Case: Abre un archivo de trabajo existente



Save Case: Guardar el archivo existente



Save Case as: Guarda el archivo existente en una dirección específica y con un

nuevo nombre. 

New Oneline: Crea un nuevo diagrama unifilar 



Open Oneline: Abre un diagrama unifilar existente.



Save Oneline: Guarda un diagrama unifilar existente.



Save Oneline as: Guarda diagrama unifilar en una dirección específica con un

nombre dado.

25



Export Oneline: Exporta un diagrama unifilar existente.



Close Oneline: Cierra el diagrama unifilar actual.



Load Auxiliary File: Carga un archivo auxiliar *.aux que posee toda la

información de una simulación anterior en un archivo de texto. 

Load Display F ile: Carga un archivo *.pwd que muestra el diagrama unifilar 

con los objetos representativos de los elementos. 

Open Project: Abre un Proyecto existente.



Save as Project: Guarda un proyecto existente en una dirección específica y con

un nombre dado. 

Save YBus or J acobian: guardar datos de la matriz de admitancias de barra

conocida como Ybus o de la matriz jacobiana. 

Print Oneline: Imprime el diagrama unifilar que se esta trabajando actualmente.



Printer Setup: Presenta todas las opciones de impresión.



Exit Program: Sale del programa  PowerWorld Simulator .

Una vez que se selecciona un caso nuevo o un caso existente, aparece la barra de herramientas principal que contiene las siguientes pestañas: Case information,  Draw, Onelines, Tools, Options, Add Ons

y Window. También se presentan los dos principales

modos de operación del simulador, los cuales son: Modo Edición ( Edit Mode) y el Modo de Simulación (R un Mode).

Figura 3.5 Barra de herramientas de PowerWorld Simulator 26

La barra principal de la figura 3.5 consiste de siete pestañas que todas juntas conforman el software. Cada pestaña posee su propia función como se menciona a continuación: 

Case Information: principalmente utilizada para navegar y ver toda la

información del modelo que se está trabajando. 

Draw: utilizado para dibujar nuevos diagramas unifilares o editar diagramas

ya existentes. Muchas de las opciones de la pestaña  Draw solo se pueden utilizar en el modo de Edición. 

Onelines: utilizado cuando ya se creo un diagrama unifilar. Con esta pestaña

se puede modificar la apariencia del diagrama unifilar. 

Options: todos los botones de esta pestaña están incluidos en las demás

 pestañas, sin embargo esta pestaña pone todas las opciones del software en un solo lugar. 

 Tools: con esta pestaña se accesa a todas las herramientas de análisis de  PowerWorld Simulator .

Se utiliza cuando se realizan: flujos de potencia,

análisis de contingencia, análisis de fallas, entre otros. 

Add Ons: aquí se brinda acceso a todas las herramientas adicionales que

 posee el simulador, tales como: OPF, SCOPF, ATC, y PVQV. Si no se han adquirido estas herramientas aparecerán en gris y no se podrá accesar a ellas. 

Windows: en esta pestaña aparecen todas las opciones cambiar las ventanas

de la interfase. También se presenta la información de ayuda acerca del software.

27

3.3.2.1 Barra de Estado (Status Bar) Otro aspecto importante del simulador es la barra de estado o status bar que se encuentra en la parte inferior de la ventana de trabajo. Esta barra indica diferentes situaciones dependiendo del modo (edición o simulación) en que se encuentre el simulador. En el modo de edición ( Edit Mode) se indica la posición del mouse en el diagrama unifilar, como se muestra en la figura 3.6. La posición se da en coordinas cartesianas con los ejes x,y . También se indica en que modo se encuentra y el estado de la diferencia de flujos del caso.

Figura 3.6 Barra de estado en modo edición En el modo de simulación ( Run Mode) indica en que situación se encuentra la simulación, si está corriendo, en pausa, etc. Además indica que tipo de caso se está ejecutando si es AC o DC y el estado de la diferencia de flujos del circuito como se muestra en la figura 3.7.

Figura 3.7 Barra de estado en modo de simulación

3.3.2.2 Barra de Acceso Rápido Esta barra brinda un acceso directo a los botones usados más frecuentemente. La  barra se encuentra en la esquina superior izquierda al lado del botón de aplicación (círculo azul). Los botones con los que viene la barra son los siguientes: Save Case, Open Auxiliary File,  Model Explorer ,  Display Bus View,  Message Log , Simulator  Options, Single Solution , Abort.

28

Figura 3.8 Barra de acceso rápido A continuación se tienen las funciones de cada uno de estos botones. 

Save Case: salva un caso nuevo.



Open Auxiliary F ile: abre un archive auxiliar 



Model Explorer: abre la ventana de exploración del modelo.



Display Bus View: muestra una presentación gráfica que permite buscar 

información acerca de una barra y todo lo que está conectado a esa barra. 

Message Log: muestra resultados detallados de cada solución de flujos

de potencia. También muestra los mensajes que presenta el simulador al realizar las distintas operaciones. 

Simulator Options: abre una ventana con diferentes opciones para

 personalizar el simulador de acuerdo a las necesidades del usuario. 

Single Solution: escoge el método de Newton-Rhapson completo para la

solución de los flujos de potencia. 

Abort: cancela la solución del flujo de potencia actual.

La barra de acceso rápido se puede personalizar de manera sencilla. Para ello simplemente se le da clic derecho al botón que se desea incluir en la barra y se selecciona la opción de añadir a la barra como se muestra en la figura 3.9.

29

Figura 3.9 Inserción de botones nuevos a la barra de acceso rápido

3.3.2.3 Barra de información del caso (Case Information) Esta barra consiste de una pestaña central de nombre Case Information que resalta cuando se selecciona, y la cual cuenta con una serie de botones y menús que  brindan acceso a la información del modelo de sistema de potencia. Esta barra se divide en 4 subgrupos, los cuales son:  Mode, Case Information, Case Data, Views . Estos subgrupos se pueden apreciar en la figura 3.10 y aparecen en la parte inferior de la  barra.

Figura 3.10 Barra de la sección de información del caso (Case Information) El primer subgrupo es el de mode, en el cual se selecciona el modo en que se trabaja ya sea modo de edición ( Edit Mode) o modo de simulación ( Run Mode). El modo de edicion se utiliza cuando se desea construir un nuevo caso o modificar un caso existente. El modo de simulación se usa cuando se realizan las soluciones a los flujos de  potencia o cualquier otro tipo de simulación animada.

30

El segundo subgrupo es el de Case Information o Información del Caso que contiene los botones de:  Model Explorer ,  Area/Zone,  Filters y  Limit Monitoring . A continuación se presenta la función de cada botón. 

Model Explorer: este botón brinda el acceso a la presentación de la

información del caso de estudio. Dicha información se presenta en forma de hoja con todos los componentes del sistema de potencia como se observa en la figura 3.11 y se presenta aunque no tenga un diagrama unifilar asociado. 

Area /Zone F ilters: con este botón se permite filtrar la información del

caso ya sea por: zona, área o dueño. Para casos pequeños no es necesario el filtrado, sin embargo para casos grandes es muy útil. 

Limit Monitoring: con este botón se permite especificar que es lo que se

desea monitorear en las distintas herramientas de análisis. Además existen 3 menús que realizan la misma acción que el  Model Explorer , excepto que automáticamente muestran la información que se seleccionó. Queda a elección del usuario cual de las opciones utilizar. Para acceder a estos menús se debe seleccionar y darle clic izquierdo como se muestra a continuación.

31

Figura 3.11 Menús que muestran la información del caso El tercer subgrupo es el de Case Data que presenta el menú de flujos de diferencia. La función de los flujos de diferencia proporciona un mecanismo fácil para la comparación de dos casos. Por ejemplo, los flujos de diferencia se pueden utilizar   para mostrar la diferencia en los flujos de transmisión de línea y los voltajes del bus resultante de una contingencia o un cambio en la transferencia de poder entre dos áreas.

Figura 3.12 Opciones del botón de diferencia de flujos

32

Los diferentes casos son: 

Caso Base: Un sistema de potencia solucionado sirve como referencia para la herramienta de diferencia de flujos. Para establecer un caso base, se selecciona un sistema de potencia solucionado que corresponde al punto de operación deseado. Abra la diferencia flujos diálogo y haga clic en el botón Set presente como caso base.



Caso Presente : Presenta el punto de operación utilizado en la comparación de diferencia de flujos.



Diferencia de caso : Presenta la diferencia entre el caso presente y los valores del caso base. Los valores mostrados en el caso de diferencia se establecerán a  partir del caso base como referencia. Los demás botones del Case Data son los que se listan a continuación con su

respectiva función. 

Simulator Options: Abre las opciones del simulador.



Case Description: permite introducir una descripción de texto de un caso.



Case Summary: ofrece un resumen del caso actual.



Custom Case Info: puede ser usado para crear una pantalla de una apariencia

muy similar a un libro de hojas de cálculo con varias hojas de cálculo. Esta  pantalla puede mostrar cualquier información que pueda ser mostrado en la  pantalla de información del caso, pero también le permite personalizar el diseño de la información de cualquier manera. 

Power F low List: muestra información detallada sobre el flujo de energía del

sistema en una forma más tradicional basado en texto. Esta información está

33

 pensada para los usuarios que desea obtener información detallada del flujo de  potencia. 

Quick Power F low List: proporciona un medio conveniente para ver una lista de

los flujos en los buses individuales del sistema. 

AUX Export Format Desc: exporta la información del modelo a un archivo .aux

Por último está el subgrupo de Views que contiene las siguientes opciones: 

Bus View: ofrece una pantalla gráfica que le permite navegar rápidamente entre

la información sobre un bus (barra) y todo lo que conectarse a ese bus o barra. 

Substacion View: ofrece una pantalla gráfica que le permite navegar 

rápidamente información sobre una barra y todo lo que se conecte a dicha subestación. 

Open Windows Menu:  proporciona un método conveniente de cambiar entre

ventanas abiertas.

3.3.2.4 Barra de dibujo (Draw) La barra de dibujo se utiliza principalmente para dibujar diagramas nuevos o editar diagramas unifilares existentes. La mayoría de las opciones de la barra de dibujo sólo están disponibles en el modo de edición. Al igual que la barra de de información del caso, está barra se divide en 7 secciones.

Figura 3.13 Barra de Herramientas de dibujo (Draw)

34

La primera sección es de  Mode, la cual ya se describió en al barra de Case  Information  por

lo que no se discutirá de nuevo, ya que es la misma para todas las

 barras. La segunda sección es la de Inserciones Rápidas o Quick Insert , la cual contiene  botones para crear un diagrama unifilar de un modelo de sistema que ya ha creado en el simulador. En esta subsección esta presente el botón de  Palette, el cual mostrará una lista de todos los objetos que ya se muestra en el diagrama, así como una lista de objetos que no forman parte. Para acceder a este botón se selecciona el botón  Palette con clic derecho y se selecciona el objeto que se desea, como se muestra en la figura 3.14.

Figura 3.14 Opciones del botón de paleta de inserción rápida Una vez seleccionado el botón aparecerá la lista de objetos que forman parte de ese grupo como se muestra en la siguiente figura, en la cual se seleccionó el submenú de  buses (barras) y como se observa aparecerá la lista de todas las barras del sistema que se está analizando.

35

Figura 3.15 Lista de barras que se obtiene al seleccionar el botón Palette Luego el botón de  Auto Insert  (Auto Insertar) se divide en cuatro categorías. Las seis primeras opciones de la primera categoría se utilizan para insertar automáticamente los objetos de la red que se conectan a los objetos de las barras que ya se han dibujado en el diagrama unifilar.

Figura 3.16 Lista de las primeras seis opciones del menú Auto Insert Sus funciones son las siguientes: 

Lines (Líneas): se utiliza para dibujar automáticamente las líneas de transmisión

y transformadores en el diagrama unifilar. 

Interfaces: se utiliza para insertar automáticamente los objetos de interfaz en el

diagrama entre objetos existentes de área / zona. 

Generators (Generadores): se utiliza para dibujar automáticamente los

generadores en el diagrama unifilar.

36



Loads (Cargas): se utiliza para dibujar

automáticamente la carga en el

diagrama. 

Switched Shunts (Derivaciones conmutada):

se utiliza para dibujar 

automáticamente derivaciones conmutadas en el diagrama. 

Lines, Gens, Loads, Shunts (Líneas, Gens, cargas, Derivaciones) : Muestra un

menú para la auto-inserción de las líneas, los generadores, las cargas y derivaciones simultáneamente. 

Reset Stub Locations: rehace completamente la posición de objetos anclados a

las barras y las subestaciones. Las siguientes cuatro opciones proporcionan métodos para agregar gráficos de  pie, campos, disyuntores y objetos de flujo de línea alrededor de objetos que ya se han dibujado en el diagrama.

Figura 3.16 Lista de las siguientes cuatro opciones del menú Auto Insert En esta categoría se encuentran las siguientes opciones con sus respectivas funciones, las cuales son:

37



Line Flow Pie Charts: esta opción inserta automáticamente gráficos de flujo

de líneas circulares en las líneas de transmisión o transformadores. Se utilizan para indicar el porcentaje MVA, MW, o Mvar de la carga de una línea de transmisión o de un transformador. 

Circuit Breakers: esta opción insertar automáticamente interruptores en las

líneas de transmisión o transformadores de objetos que están seleccionados. Los interruptores se utilizan para abrir o cerrar las líneas de transmisión y transformadores. 

Line Flow Objects: esta opción para inserta automáticamente objetos de

flujo de línea en las líneas de transmisión o transformadores. 

Add Fields Around: esta opción para insertar campos alrededor de los

objetos actualmente seleccionados. Los campos se utilizan para agregar  información en modo de texto. Las siguientes dos opciones se utilizan para auto insertar barras o subestaciones al diagrama. Se debe tener la longitud geográfica y la información de latitud con el fin de utilizar estas opciones.

38

Figura 3.17 Lista de las siguientes dos opciones del menú Auto Insert Las dos últimas opciones ofrecen un mecanismo para la inserción de las líneas de fondo que representan las fronteras geográficas o de un Shapefile.

Figura 3.18 Lista de las opciones del menú Auto Insert Las funciones de estos dos últimos botones son las siguientes: 39



Borders: PowerWorld Simulator permite insertar automáticamente las

fronteras geográficas, que  PowerWorld Corporation ha elaborado. Estas fronteras incluyen la de los estados de los Estados Unidos de América y varias fronteras internacionales. 

Insert GI S Data F rom Shapefile: Simulador permite importar archivos

de forma ESRI (*. shp / *. dbf pairs) como un conjunto de líneas de fondo o puntos en un diagrama unifilar. La tercera sección de la barra de herramientas de dibujo es la de Inserciones Individuales o  Individual Insert , la cual contiene los menús que facilitan el acceso a los  botones para la inserción de objetos individuales al diagrama unifilar.

Figura 3.19 Sección Individual Insert de la barra de herramientas de dibujo. Esta sección de la barra se divide en seis menús como se aprecia en la figura 3.19. Un resumen de lo que hay en cada menú se presenta a continuación: 

Network: Los objetos de este menú representan objetos del modelo de la

red. En general, estos representan dispositivos físicos reales, como un generador o una línea de transmisión.

40

Figura 3.20 Opciones del botón Network de la sección Individual Insert. 

Aggregation: Los objetos de este menú son objetos del modelo que

representan una añadidura de otros objetos del modelo tales como interfaces o grupos de inyección.

Figura 3.21 Opciones del botón Aggregation de la sección Individual Insert. 

Background: Los objetos de este menú representan los objetos que son

solo texto de fondo y que no están ligados a los objetos del modelo.

41

Figura 3.22 Opciones del botón Background de la sección Individual Insert. 

F ield: Los objetos de este menú representan campos que están ligados a

la información del modelo, es decir brinda la información de distintos objetos en forma de texto.

42

Figura 3.22 Opciones del botón Field de la sección Individual Insert.



Pies/Gauge: representa los gráficos circulares o medidores que están

ligados a la información del modelo. Con ellos se puede observar los gráficos circulares que representan la potencia que fluye por ese elemento o los medidores de voltajes, corriente, potencia, entre otros.

43

Figura 3.23 Opciones del botón Pies/Gauge de la sección Individual Insert.



Indication: representa los indicadores de estado o de flujo para los

objetos. Agrega los interruptores y las flecha de flujo de potencia que se deseen.

Figura 3.24 Opciones del botón Indication de la sección Individual Insert.

La otra sección de la barra de herramientas de dibujo es la de Selección o Select , ella contiene las opciones para ayudar a seleccionar los objetos del diagrama simultáneamente.

44

Figura 3.25 Sección Select de la barra de herramientas de dibujo. El botón Select Criteria que se aprecia en la figura 3.25, proporciona una manera de seleccionar los objetos que cumplen un conjunto específico de criterios. Los criterios pueden incluir: números de la zona, niveles de tensión, niveles de zoom, y tipo de objeto. El botón Select Region es utilizado para seleccionar todos los objetos de una región particular del unifilar. Se puede seleccionar el tipo de área que se utilizará, ya sea en forma de: rectángulo, elipse o polígono.

Figura 3.26 Tipos de áreas que se utilizan para seleccionar una región del modelo. Cuando se selecciona la opción de rectángulo o elipse se mantiene pulsado el  botón derecho del mouse y se selecciona la región que se desea. Con la opción de  polígono, se selecciona cada vértice del polígono con el botón derecho y al final se le da doble clic con el botón derecho para salir. El siguiente botón especifica el modo en que el botón Select Region trabaja. El modo Inside selecciona únicamente los objetos completamente dentro del rectángulo de selección. Mientras que el modo Touch selecciona todos los objetos, ya sean tocados  parcialmente o completamente adentro del rectángulo de selección.

45

Figura 3.27 Tipos de modos que se utilizan para seleccionar una región del modelo. La siguiente sección de la barra de dibujo es la de Formato o  Formatting , la cual contiene las opciones para dar formato a los objetos seleccionados en el diagrama. Esta opción solo está disponible en el modo de edición ( Edit Mode).

Figura 3.28 Sección Formatting de la barra de dibujo. Al seleccionar el botón de  formatting , el cual es el botón de la derecha en la figura 3.28, se abre la siguiente ventana la cual contiene cinco pestañas.

46

Figura 3.29 Ventana que aparece al seleccionar el botón de formato. Las funciones de estas cinco pestañas que se presentan en la parte superior de la figura 3.28 son las siguientes: 

Line/Fill: cambia el grosor de la línea y el estilo con el que se dibuja un

objeto, o el color de relleno para las formas cerradas. 

Levels/Layers: cambia el nivel de acomodamiento (stack level) de un

objeto, la capa del objeto en que se encuentra y las configuraciones opcionales para cuando un objeto debe de cambiar de tamaño. 

Display/Size: el simulador puede cambiar los atributos en que varios

objetos se muestran con esta opción. El tamaño de los objetos se puede ajustar, así como la orientación del objeto (s) desde los buses de su terminal. Los objetos también se pueden anclar a su terminal de barra o

47

dispositivos, o se pueden marcar como inmóvil, es decir, el objeto (s) no se puede mover en el diagrama unifilar. 

F ont: cambia la fuente con la que los objetos seleccionados se muestran.



Field: cambia los atributos relacionados con los campos de texto que

sean seleccionados.

Figura 3.30 Botones Anchors, copiar formato, pegar formato, atrás y adelante. El botón Anchors de la figura 3.29 le permite actualizar o restaurar el anclaje de objetos en un diagrama unifilar a sus respectivas anclas. Los botones que se encuentran abajo del botón de  Anchors son: el botón de copiar el formato (el de la izquierda), el cual copia todas las propiedades de formato de un objeto. El botón a la derecha del de copiar formato es el de pegar formato, que al seleccionarlo abre la siguiente ventana.

Figura 3.31 Ventana que aparece al seleccionar pegar formato

48

En la ventana anterior se selecciona las opciones del formato que se desean copiar al darle clic en la casilla que se encuentra a la derecha de cada opción. Una vez seleccionada aparecerá marcada con un check . Los dos últimos botones de la figura 3.30 son los de atrás (derecha) y adelante (izquierda). El botón de atrás causa que los objetos seleccionados se muevan debajo de los objetos no seleccionados. Mientras que el botón de adelante hace que los objetos que se encuentras atrás de otros objetos se pongan adelante. El botón de Alignment permite seleccionar varios objetos en un diagrama y hacer  que se acomoden de una manera específica. Las opciones de este menú se muestran en la figura 3.32. Para que se puedan alinear los objetos, estos se deben seleccionar de la manera antes descrita, es decir con el botón de select region.

Figura 3.32 Opciones del menú Alignment El botón de Grouping  está disponible solo para los objetos de la opción  Background .

Con este botón se pueden agrupar, desagrupar o reagrupar los objetos de

fondo que no forman parte del modelo (opción  Background de Individual Insert ).

49

Figura 3.33 Opciones del menú Grouping. La opción de  Layers (capas) de la figura 3.28 permite crear y mostrar las diferentes capas. Las capas de la pantalla proporciona un método para filtrar los objetos en un diagrama basado en el nivel de zoom o a cual capa de objetos son asignados. Al  principio cada objeto es asignado a una capa común llamada  Default  que no puede ser  modificada ni borrada.

Figura 3.34 Opciones del menú Layers.

Para insertar una capa nueva pantalla, haga clic izquierdo  Define  Layers de la figura 3.34, luego se da clic derecho y se elije insertar en el menú emergente como se muestra en la siguiente figura.

50

Figura 3.35 Creación de una capa nueva.

Esto abrirá la pantalla de diálogo Opciones de capa para definir las opciones de la nueva capa que va a insertar.

Figura 3.35 Opciones de la capa nueva que se va a crear.

51



Nombre (Name): Las capas pueden tener cualquier nombre que desee para describir  la capa. El valor predeterminado convención de nomenclatura es "Capa #".



Mostrar Capa (Show Layer): Si esta casilla está marcada, cualquier objeto en el diagrama que figuran en esta capa puede ser visible. Esto depende de la configuración de bajo y alto nivel de zoom, que se describe a continuación. Si la casilla está sin marcar, todos los objetos contenidos en esta capa se oculta. Sólo los objetos que son visibles se utilizarán para el cálculo de curvas de nivel. Las capas se  pueden aplicar tanto en modo de edición y modo de ejecución.



Seleccionables en el modo de edición ( Selectable In Edit Mode): Al desmarcar  esta casilla el usuario evita que los objetos contenidos en esta capa estén con el mouse en el modo de edición.



Mostrar Uso Condicional por nivel de zoom ( Zoom Levels): Los objetos se  pueden mostrar u ocultar según dependiendo de la capa a la cual sean asignados y el nivel de zoom actual del diagrama unifilar. Al marcar esta casilla, y el estableciendo los campos de bajo nivel de zoom y de alto nivel de zoom, dicta a que rango de zoom los objetos contenidos dentro de ese nivel serán visibles. Si el nivel de zoom se encuentra fuera del rango de tolerancia, todos los objetos de la capa de pantalla se oculta. Esto también se aplica tanto a modo de edición y modo de ejecución.



Memorándum (Memo): Esta pestaña permite al usuario introducir texto para describir esta capa. Para eliminar una capa de pantalla, haga clic derecho sobre esa capa en la

 pantalla de la figura 3.35 y selecciona Eliminar en el menú emergente. La única excepción es la capa por defecto, que no se pueden eliminar.

52

La otra sección de la barra de dibujo es la de Portapapeles o Clipboard : contiene las opciones para copiar y pegar objetos en la pantalla. Estas opciones son muy  parecidas a las utilizadas en otros programas como: Word, Excel, entre otros. Sirven  para copiar los objetos, pegarlos, deshacer y borrar. Cabe mencionar que la opción de copiar permite copiar tanto los objetos como la información del modelo, y al pegarlos se  puede elegir si pegar normalmente o un pegado especial.

Figura 3.36 Opciones de la sección Clipboard de la barra de dibujo.

La última sección de la barra de dibujo es la de  Zoom, la cual contiene los  botones para ver de cerca o de lejos el diagrama. La cual se presenta en la figura 3.37.

Figura 3.37 Botones de la sección Zoom de la barra de dibujo. Los botones de esta sección de la barra, con sus respectivas funciones son los siguientes: 

Área Zoom In / Out: En la parte superior de la figura 3.37 se encuentran dos botones que al hacer clic amplían o alejan un área particular del diagrama unifilar. Al hacer clic en estos botones, el cursor cambiará a una cruz para elegir la región para hacer el respectivo zoom.

53



Zoom In / Out: El centro de la figura 3.37 se encuentran dos botones que al hacer clic en ellos, cambian el ratón en una herramienta de zoom. Después de elegir el botón con un signo más, cada vez que se haga clic en el diagrama se hará zoom en ese lugar. Al elegir el botón con un signo negativo se reducirá la imagen de ese lugar.



Presente nivel de zoom: el número representa el presente nivel de zoom y se puede cambiar manualmente para modificar el nivel de zoom.



Mostrar todo ( show full): automáticamente elige el mejor nivel de zoom que muestra todos los elementos del diagrama.



Buscar (Find): Proporciona acceso a la función Buscar, con la cual se puede encontrar cualquier objeto que se desee del diagrama. Al seleccionar esta función se abre la ventana de la figura 3.38.

54

Figura 3.38 Ventana para buscar objetos del diagrama. De la figura 3.38 se observa que para buscar un elemento en el diagrama, se selecciona la opción de: buses, áreas o zonas, interfaces, subestaciones o líneas de la sección Object type que se encuentra a la izquierda. De acuerdo al tipo de objeto que se desea buscar, aparecerá en el recuadro blanco la cantidad y nombre de esos objetos que se encuentran en el diagrama.

3.3.2.5 Barra unifilar (Oneline) Esta barra consiste en botones y menús que sirven para modificar la apariencia de un diagrama de unifilar que ya se haya creado.

55

Figura 3.39 Barra de herramientas unifilar (oneline). Al igual que las barras anteriores se presenta la sección mode, la cual sirve para escoger el modo edición y el modo de simulación como ya se ha descrito anteriormente. (Ver secciones anteriores) La siguiente subsección de la barra es la de Activar ( Active), la cual contiene métodos básicos para personalizar el aspecto de las herramientas de análisis básico de un diagrama unifilar existente. El primer botón de esta sección es el de Oneline Display Options , el cual  permite personalizar la presentación del diagrama. Al seleccionar este botón aparece la siguiente ventana:

56

Figura 3.40 Ventana de opciones de presentación del diagrama unifilar. En la ventana de la figura 3.40 se puede apreciar como se presentan las diferentes opciones que se pueden modificar del diagrama con el cual se esté trabajando,  basta solo seleccionar las opciones en la casilla respectiva. Un aspecto importante de esta ventana es el botón de Save Options to Case , que se encuentra en la parte inferior  de la ventana en el centro. Este botón permite definir un conjunto de opciones y luego salvarlas al darle un nombre al conjunto de opciones que se escogieron. Posteriormente se puede volver a llamar estas opciones al regresar a la ventana de opciones y escoger el nombre que se le dio de la lista de opciones que se encuentra en el fondo de la ventana como se muestra en la figura 3.40.

57

El botón siguiente es el de contorno ( Contouring ), el cual permite dibujar mapas de contorno de muchas cantidades del sistema, tales como voltajes o ángulos en las  barras, línea de transmisión y la interfaz MVA de cargas e interfaces PTDFs.

Figura 3.41 Ventana de contorno de la barra de herramientas unifilar En la figura 3.41 se muestran las diferentes opciones para crear los mapas de contorno. Uno de las funciones más importantes es definir los niveles máximos, mínimos y nominales del mapa de contorno. Una vez que se hayan escogido, se selecciona la opción de  Recalculate Contour  para recalcular el contorno con los niveles antes escogidos. Para quitar el contorno se selecciona la opción  Remove

58

Contour .

Al seleccionar el primer botón de la figura 3.41, el de Contouring ,

aparecerá la ventana de opciones de contorno que se muestra en la figura 3.42.

Figura 3.42 Ventana de opciones de contorno de la barra de herramientas unifilar De la ventana anterior se pueden crear los contornos dependiendo del objeto que se escoja, solo se selecciona en la parte superior derecha de la ventana. Por defecto a los valores máximos se les asigna el color rojo, a los valores nominales el color  verde y a los valores mínimos el color azul. Sin embargo los colores se pueden

59

cambiar al seleccionar la opción de Color Maps de la figura 3.41. A continuación se muestra un mapa de contorno para un caso.

Figura 3.43 Mapa de contorno para un caso El siguiente botón que aparece en la sección  Active es el de GIS Tools, con este  botón se puede accesar a muchas de las herramientas de información geográfica que se le han construido al software. Las opciones de este botón se muestran en la figura 3.44.

60

Figura 3.43 Opciones del botón GIS Tools de la barra oneline. Las funciones de cada opción son las siguientes: 

Insert GIS Data From Shapefile: permite importar archivos de forma

ESRI como un grupo de líneas de fondo o puntos en un diagrama. 

Export Oneline as Shapefile: se utiliza para seleccionar un objeto para la

exportación a  shapefile y los criterios utilizados para seleccionar los objetos concretos que se incluirán en la exportación. 

Populate Lon,Lat with Display X,Y : se utiliza para rellenar la latitud y

longitud de la información del registro de buses basados en la localización actual en el diagrama unifilar. 

Closest F acilities to Point: se utiliza para producir una lista de objetos y

su distancia desde un punto seleccionado en el diagrama. 

Great Circle Distance: permite el cálculo de la distancia entre dos puntos

de longitud, latitud.

61



Insert Measure Line: Las distancias entre los objetos se pueden

aproximar mediante la inserción de una línea de medida en la pantalla. Una línea de medida es similar a una línea de fondo. Puede ser dibujada como una línea recta entre dos puntos o como una línea con muchos vértices y segmentos. En conclusión la línea de medida se utiliza para encontrar la distancia entre dos puntos. 

Delete All Measure Lines: borra todas las líneas de medidas que se

encuentran en el diagrama. El siguiente botón de la subsección  Active es el de  List Display, el cual permite el acceso a varias formas de ver los objetos dentro de la barra de case information. La diferencia es que en vez de ver la información del caso como con la barra case information, se observa la información de

los objetos únicamente.

Figura 3.44 Opciones del botón List Display de la barra oneline. Las funciones de cada opción son las siguientes: 

All Display Objects:  presenta datos que describen cada objeto gráfico en

el diagrama.

62



Unlinked Display Objects: un objeto no conectado es un objeto que no está vinculado a un registro en el modelo. Cuando se presenten este tipo de objetos aparece la siguiente lista:

Figura 3.45 Lista de objetos no conectados del botón List Display. La ventana anterior indica en la parte superior el número total de objetos sin conectar. Luego muestra la lista de objetos sin conectar y sus respectivas coordenadas en el diagrama. 

Only Selected Display Objects:  presenta datos que describen solo los

objetos seleccionados en el diagrama. 

Browse Open Onelines: muestra una lista de todos los objetos que se

encuentran en todos los archivos .pwd abiertos. 

Display Objects Export Format Description: exporta los objetos a un

archive auxiliar.

63

Posteriormente se presenta el botón de  Layers6, el cual es el mismo de la subsección  Formatting  de la barra de dibujo. El siguiente botón es el de Save View, el cual se utiliza para guardar una la ubicación (x,y), el nivel de zoom, la descripción del contorno, y / o solicitud de capa oculta para un diagrama unifilar en una lista de fácil acceso. Para salvar una vista del diagrama, se selecciona el botón antes descrito y aparecerá la siguiente ventana:

Figura 3.46 Ventana que se utiliza para salvar una vista Luego se selecciona el botón de  save en al esquina inferior izquierda y se le asigna un nombre. Después en la opción View Name se elige de una lista (si se guardaron varias vistas) el nombre que se le haya puesto y luego se selecciona el botón Ok.

La siguiente subsección de la barra es la de  Zoom7, de la cual ya se habló en la sección de la barra de dibujo.

6 7

Para mayor información consultar la sección Layers de la barra de dibujo del capítulo 3. Para mayor información consultar la sección Zoom de la barra de dibujo del capítulo 3.

64

La siguiente subsección es la de Opciones Generales o General Options, de la cual sus botones con sus respectivas funciones se presentan inmediatamente. 

Dynamic Formatting Menu: permite darle el formato que se desee a las

opciones que se utilizan cuando se realiza una simulación. 

Custom Hint Values: el simulador puede ser configurado para mostrar 

una corta información cuando el ratón sobre los objetos del diagrama. Tal información se presenta el cuadro amarillo de la figura 3.47. Por lo que con este botón se puede personalizar el texto y los valores que aparecen en el cuadro amarillo.

Figura 3.47 Ejemplo de cómo se muestra información en el modo de simulación



Default Drawing Values: se utiliza para definir el tamaño por defecto de

los objetos nuevos, así como varios parámetros de visualización. 

 Toggle F ull Screen: al seleccionar este botón, el diagrama pasa a

 pantalla completa. 

Keyboard Shortcuts: permite al usuario asociar un atajo del teclado a un

diagrama determinado, e incluso a una visión particular de ese diagrama.

65

La última sección es la de Views8, la cual es la misma sección de la barra de información del caso ( Case Information) de la cual ya se habló anteriormente.

3.3.2.6 Barra de análisis (Tools) Esta barra de herramientas posee todos los botones y menús necesarios para realizar las simulaciones básicas del programa. Es importante destacar que la barra de complementos ( Add-Ons) posee más herramientas para realizar otros tipos de análisis que se discutirán más adelante. Esta barra es la de la figura 3.48.

Figura 3.48 Barra de análisis (Tools) Al igual que las barras anteriores se divide en varias subsecciones. La primera es la de modo la cual ya se ha mencionado en barras anteriores. La siguiente sección es la de Log , la cual contiene tres botones los cuales son: 

Abort: el cual sirve para terminar la solución de un flujo de potencia.



Log: el cual hace que aparezca la ventana log, la cual muestra lo que está

 pasando con el proceso de flujo de potencia y puede resultar útil cuando se está tratando de localizar un problema con un modelo no convergente. 

Script: permite ingresar programas hechos por el usuario. Dichos

 programas utilizan un lenguaje de programación parecido a C++. La siguiente sección de la barra de análisis es la de herramientas de flujos de  potencia ( Power Flow Tools ). El simulador  PowerWorld  se centra en la solución de

8

Para mayor información consultar la sección Views de la barra de información del caso del capítulo 3.

66

flujos de potencia, lo cual se logra seleccionar el botón de Single Solution-Full Newton que realiza la solución mediante el método de Newton-Rhapson completo. El siguiente botón de esta sección es el de opciones del simulador (S imulator  Options).

Al elegir cualquiera de los métodos de solución, las opciones tal como se

especifica en las opciones de simulador afectará los cálculos realizados. Resolverá el flujo de potencia utilizando ya sea el método completo de Newton para AC o el flujo de carga aproximado en DC, los cuales son las dos principales opciones. Para elegir la opción de flujo de carga aproximado en DC se debe seleccionar el botón Simulator  Options, el cual hará

que aparezca la siguiente ventana.

Figura 3.49 Ventana de opciones de simulador.

67

Luego se debe seleccionar la pestaña de  DC Options y se seleccionar la casilla que se dice Use DC Aproximation en la parte superior de la ventana, y luego presionar  el botón de Ok . El siguiente botón es el de Solución o Solve, con el cual se soluciona los flujos de potencia. Para utilizarlo se debe estar en el modo de simulación ( Run Mode). Un aspecto importante de este botón es que si se selecciona el botón donde dice Solve, se  puede elegir que tipo de método se desea para la solución del flujo de potencia como se muestra en la figura 3.50.

Figura 3.50 Opciones del botón Solve para seleccionar el método de solución del flujo de potencia. Una vez seleccionado el método de solución, se pulsa el botón verde de  Play  para correr la solución del diagrama seleccionado. Si se desea detener la simulación se selecciona el botón que se encuentra al lado derecho del botón de  Play, que será de color rojo cuando empiece la simulación. Y con el botón de  Restore se restaura el sistema, ya sea a la última solución que funcionó (primera opción del botón) o al estado anterior de que fallará el sistema (segunda opción del botón). La siguiente sección de la barra es la de modo de simulación ( Run Mode), dicha sección solo funciona durante el modo de simulación. El primer botón de esta sección es

68

el de Contingency Analysis o Análisis de Contingencia, el proporciona acceso al  procesamiento automatizado de una lista de las contingencias. La ventana que se abre al seleccionar este botón es la siguiente:

Figura 3.51 Ventana para realizar análisis de contingencias. Las cuatro pestañas principales que se presentan en la parte superior de la figura 3.52 son las siguientes: 

Contigencies:  proporciona herramientas para el manejo y la simulación

de las listas de contingencias. 

Lines,Buses, Interfaces: contiene cuatro sub-pestañas, las cuales son:

Lines/Transformers, Buses, Interfaces, and Nomogram Interfaces. La información contenida en cada una de las sub-pestañas proporciona un método alternativo para ver información similar a la contenida en la  pestaña de Contingencias (Contingencies). 69



Options: permite dictar varios parámetros para el análisis que regulan

cosas como la forma en que las violaciones se marcan, tanto en el caso  base y para las condiciones de contingencia y qué información debe incluirse en el informe de contingencia. 

Summary: proporciona información adicional sobre el estado de la

ejecución del análisis de contingencias y le permite iniciar, pausar, reanudar y abortar la ejecución del análisis de contingencia. El botón que sigue es el de Sensibilidades o Sensitivities, el cual contiene una lista que proporciona acceso a todos los cálculos de sensibilidad disponible.

Figura 3.52 Menú de opciones disponibles del botón Sensitivities de la barra Tools. Las funciones de este botón son las siguientes: 

Power Transfer Distribution F actors (PTDF s): se utiliza para calcular 

los factores de distribución adicional asociado a las transferencias de energía entre dos regiones. 

 TLR Sensitivities/Generation Shift F actors: es similar a los PTDFs.

Ambas sensibilidades TLR y PTDFs miden la sensibilidad de la corriente en un dispositivo para una transacción de energía. Los TLR se utilizan

70

 para evitar situaciones de sobrecarga que ponen en riesgo el sistema. Este  botón calcula dichos coeficientes. 

Line Outage Distribution F actors (LODF s): permite controlar y ver los

resultados de los cálculos del factor de interrupción de la línea de distribución. 

F low and Voltaje Sensitivities:  permite controlar los coeficientes de

sensibilidad para los flujos de potencia y para los voltajes. 

Loss Sensitivities: se utiliza para calcular y mostrar la sensibilidad de

una función de pérdida de potencia real ante inyecciones de potencia real y reactiva a las barras. El siguiente botón es el de análisis de fallas. Este botón se puede utilizar para realizar un estudio de análisis de fallas en el sistema eléctrico. El estudio de fallas solo  puede realizarse cuando se está en el modo de simulación ( Run Mode) y el flujo de  potencia debe de ser validado y solucionado antes de que el estudio de fallas se realice. Al seleccionar la opción de análisis de fallas se abre la ventana de la figura 3.53.

71

Figura 3.53 Ventana para el análisis de fallas. Como se puede apreciar de la figura anterior, se puede elegir el tipo de falla ya sea: monofásica a tierra, línea-línea, trifásica balanceada o bifásica a tierra. Para elegir  el tipo de falla se selecciona la opción que se desea (el orden es el mismo que se describió anteriormente) de la parte de  Fault Type. También se puede escoger el lugar  donde se ubica la falla, ya sea en la barra o en la línea. Para iniciar el estudio de fallas, primero se debe seleccionar el lugar donde se ubica la falla y el tipo de falla. También se puede seleccionar como se desean visualizar  los datos, si en p.u. o en amperios de la sección  Data Type Shown. Posteriormente para calcular los valores, se debe seleccionar el botón de calcular ( Calculate) que se encuentra en la esquina inferior izquierda. Luego se presentarán las magnitudes y ángulos de las corrientes y voltajes, así como sus respectivas fases. En la esquina superior derecha se presenta le valor de la corriente de falla y su respectivo ángulo. El siguiente botón es el de simulación en el tiempo ( Time Step Simulation), el cual se utiliza para visualizar y contralar las simulaciones en el tiempo. Al seleccionar  dicha función se abre la siguiente ventana. 72

Figura 3.53 Ventana la simulación en el tiempo. La parte superior de la ventana contiene los botones para el ingreso y salida de datos, así como los botones para controlar el progreso de la simulación. En la parte central se puede examinar los resultados de la simulación. El siguiente botón es el de cargabilidad de la línea ( Line Loading Replicator ), con el cual se intenta establecer la carga en una línea de transmisión o de interfaz a un valor deseado real de flujo de potencia. Esto se logra mediante el cálculo de los factores de distribución para un grupo seleccionado de cargas y generadores para determinar  cómo la inyección de potencia real de estos elementos puede ser ajustado para producir  el flujo deseado. Si el flujo deseado no se puede cumplir, se informarán los cambios necesarios para alcanzarlo. La siguiente ventana es la que aparece cuando se desea realizar esta simulación.

73

Figura 3.54 Ventana para la simulación de cargabilidad de la línea. La siguiente subsección de la barra es la de la de Otras Herramientas o Others Tools.

Los primeros dos botones de esta sección son los de:  Limit Monotoring  y

 Difference Flows9 que se describieron en la barra de

información del caso.

El botón siguiente es el de Escala del caso o Cas e Scale, el cual sirve para la escala de los objetos o del caso entero. El botón de  Model Explorer 10 es el mismo que se  presentó en la sección de barra de información del caso.

9

Para mayor información acerca de estos botones ver la sección de barra de información del caso del capítulo 3. 10 Para mayor información ver la sección de barra de información del caso del capítulo 3.

74

El botón posterior es el de conexiones o Connections y contiene las acciones relacionadas con el análisis de la interconexión del modelo.

Figura 3.55 Menú con las funciones del botón de conexiones. Las funciones de este botón son las siguientes: 

Determine Path Distances to Buses: proporciona una manera de calcular 

que tan lejos está eléctricamente cada barra del sistema de un punto de  partida, 

Determine Shortest Path Between: proporciona una manera de encontrar 

el camino más corto eléctricamente entre dos partes del sistema. 

F acility Analysis: determina que ramas del sistema se aislaran.



Branches that Create Islands: encuentra que ramas permiten partir el

sistema en islas.

3.3.2.7 Barra de opciones (Options) Esta barra se caracteriza por presentar una serie de botones y menús para  personalizar las opciones del software. Se divide en 5 subsecciones, las cuales son: Modo, Opciones del Caso, Opciones del Unifilar, Opciones Generales y Log.

75

Figura 3.56 Barra de opciones (Options). El aspecto más importante de la barra de opciones es que todos los botones de las diferentes subsecciones están disponibles en otras secciones de las demás barras. Por  ejemplo: la sección de Opciones Generales ( General Options) se encuentra también en la barra unifilar, ver figura 3.39. Sin embargo, la ventaja de esta barra es que brinda todas las opciones del software en una misma barra. Como ya se han hablado de todas estas subsecciones en otros apartados no se hablaran más de ellos 11.

3.3.2.8 Barra de añadidos (Add-Ons) Esta barra sirve para realizar distintas simulaciones por lo que es similar a la  barra de simulación. Sin embargo la diferencia radica en que realiza simulaciones más específicas que se deben comprar a la compañía  PowerWorld , de esta forma se pueden adquirir los módulos que se desee para distintas simulaciones. La versión Demo 14 que se utiliza para este trabajo cuenta con 4 módulos de manera gratuita. Estos módulos son: flujo óptimo (OPF), curvas PVQV, capacidad de transferencia permitida (ATC) e información de estabilidad (TS).

11

Si se desea una descripción más detallada de las secciones de esta barra, ver los apartado de: barra unifilar y barra de simulación

76

Figura 3.56 Barra de opciones (Options). Las dos primeras secciones de esta barra son las de mode y log, las cuales ya se han discutido en detalle en otros apartados. La siguiente sección de la barra es la de flujo óptimo o Optimal Power Flow (OPF). El primer botón del OPF es el de  Primal LP , el cual se utiliza para la resolver el flujo óptimo, es decir se oprime este botón cuando se desea encontrar cual el flujo de  potencia óptimo. El siguiente botón es el de Security Constrained OPF  (SCOPF) que sirve para controlar las opciones de SCOPF y acceder a los resultados de optimización. Para realizar el análisis se debe seleccionar el botón de  Run Full Security Constrained OPF  en la esquina superior derecha. Luego de presionarlo se puede observar el resumen de los resultados en la sección SCOPF Results Sumary del lado derecho en la figura 3.57.

77

Figura 3.57 Ventana que se abre para realizar el análisis de SCOPF. El siguiente botón es el de Información del caso OPF ( OPF Case Info ) que  proporciona acceso directo a varias pantallas que muestran información sobre las columnas por defecto relacionadas con los datos entrada y de salida del flujo óptimo de  potencia. Toda la información presentada con este botón, también se puede acceder por  medio del botón  Model Explorer  de la barra de información del caso ( Case  Information), por lo que es recomendable utilizar este último botón para visualizar dicha

información, las cuales se encuentran en el folder de Optimal Power Flow del  Model   Explorer .

El botón sucesivo es el de Opciones y Resultados del OPF (OPF Options and   Results),

el cual también se puede acceder en el botón de OPF Case Info. El OPF

Options and Results

sirve para personalizar la solución del OPF y visualizar los

resultados.

78

Figura 3.58 Ventana de opciones y resultados del OPF. La ventana de la figura 3.58 contiene tres pestañas principales, que son: Options,  Results

y  LP Solution Details. La primera pestaña de opciones ( Options) presenta

diferentes opciones para personalizar la solución del flujo de potencia óptimo. La  pestaña de resultados ( Results) muestra los resultados que se obtienen al resolver el OPF. Y la última pestaña es para mostrar los detalles de la solución. Para resolver el OPF se debe presionar el botón Solve LP OPF  que se encuentra en la esquina inferior  izquierda. La siguiente sección de la barra es la de curvas PVQV que se divide en tres  botones principales. El primero de estos botones es el de curvas PV, el cual contiene todos los controles para el procesamiento y análisis de las curvas PV. El botón siguiente es el de curvas QV, el cual proporciona la capacidad para calcular las curvas QV para cualquier barra del sistema. Al activarlo se abre la ventana de la figura 3.59.

79

Figura 3.59 Ventana para iniciar el análisis de la curvas QV. Para calcular las curvas QV se debe primero seleccionar las barras en las cuales se desea calcular la curva QV mediante la pestaña Buses de la figura 3.59. Esto se hace al escribir el nombre de la barra en la sección que dice or the name of a bus y seleccionar el botón de  Add . Luego simplemente se selecciona el botón de Run que aparece en color rojo en la esquina superior izquierda. El último modelo consiste en el de refinar el modelo ( Refine model ), el cual sirve para arreglar ciertos errores que causan pérdida prematura de la convergencia durante los análisis de curvas PVQV. Cuando se elije este botón aparece la ventana de la figura 3.60.

80

Figura 3.60 Ventana para modificar el modelo para estudios de voltaje. De la ventana anterior se debe seleccionar que acción se desea tomar marcando la casilla a la par de las diferentes opciones y agregando el valor de la diferencia en p.u. Luego se selecciona si se desea aplicar los cambios en la zona donde dice  Apply, dándole clic derecho al cuadro blanco. Cuando está en YES  significa que si se aplicaran los cambios y cuando está en  NO significa que no aplicaran. La siguiente sección de la barra es la de capacidad de transferencia disponible o  Available Transfer Capability

(ATC) que provee una interfaz para realizar y observar 

los resultados del análisis ATC. La ventana para ejecutar el análisis, observar los resultados y personalizar las opciones se encuentra en la figura 3.61.

81

Figura 3.61 Ventana para realizar el análisis de capacidad de transferencia disponible. Para iniciar el análisis se debe seleccionar primero cual es el vendedor ( Seller ) y cual es el comprador (Buyer). Esto se hace seleccionando de la opción Seller y Buyer de la figura 3.61. Luego se elige la pestaña de Análisis ( Analysis) y se pulsa el botón de Start Analysis. Por último para observar los resultados se

elije la pestaña de Resultados

( Result ). La última sección de esta barra es la de estabilidad transitoria, el cual tiene el  botón de información de estabilidad del caso ( Stability Case Info). Este botón 82

 proporciona acceso directo a información sobre casos de estabilidad transitoria. Cabe mencionar que en la versión Demo (la que se utiliza para este manual), esta subsección de la barra no viene completa por lo que no se pueden realizar estudios de estabilidad transitoria.

3.3.2.9 Barra de ventanas (Windows) Esta barra posee los diferentes botones y menús que permiten personalizar las ventanas que utiliza la interfaz del programa. La información más importante de esta  barra es la sección de Ayuda ( Help).

Figura 3.62 Sección de Ayuda de la barra de ventanas. Como se puede apreciar de la figura 3.62, el primer botón es el de Contenidos (Contents), el cual abrirá una lista con todos los tópicos relacionados con el programa. En esta lista, el usuario podrá buscar el tópico que desea y saber como funciona dentro del programa. Es importante mencionar que este botón está presente en todas las barras del programa y se encuentra a la par del botón de minimizar como se muestra en la figura 3.63, por lo que se puede acceder a él cuando se necesite.

Figura 3.62 Botón de Contenido que se encuentra disponible en todas las barras. 83

Las demás secciones de esta barra no son de gran importancia, por lo que no se discutirán en el presente manual.

3.4

Descripción de cómo dibujar y resolver un caso en PowerWorld Simulator. Esta sección presenta los conceptos básicos de cómo dibujar los diferentes tipos

de objetos en un diagrama unifilar. Es importante mencionar que si se desea obtener  ayuda acerca de un objeto en particular, basta con posicionar el cursor en el objeto deseado y presionar la tecla F1. Dado que en las secciones anteriores se discutió en detalle las diferentes funciones del simulador, la presente sección se hará en forma de tutorial para aclarar  aún más las funciones básicas del programa con un ejemplo sencillo. Se presentará paso por paso como dibujar un diagrama unifilar en el simulador, esto se debe a que antes de realizar una simulación primero se debe dibujar el diagrama del caso que se desea estudiar. Por esta razón es importante esta sección, ya que hay que dominar la barra de dibujo para simular los diferentes casos que se desean.

3.4.1 Abriendo un caso nuevo Antes de empezar a dibujar un diagrama nuevo, primero se debe abrir un caso nuevo. Por lo que se debe seleccionar el símbolo de  PowerWorld  (círculo azul) y escoger la opción de  New Case12. Posteriormente se debe seleccionar la pestaña de  Draw

para habilitar la barra de Dibujo, necesaria para dibujar o modificar un diagrama.

Es importante verificar que el simulador se encuentre en modo de edición ( Edit Mode ), de lo contrario no se podrá habilitar la barra de dibujo.

12

Para mayor información ver la sección 3.3.1 Ventana General.

84

3.4.2 Agregando una barra Uno de los componentes más importantes son las barras o buses. Para agregar  una barra se debe seleccionar el botón  Network  de la barra de dibujo y luego escoger la opción de bus. Una vez seleccionado, se debe dar clic izquierdo en el lugar donde se desea colocar la barra. Esto hace que aparezca la ventana de la figura 3.63.

Figura 3.63 Ventana para la colocación de una barra nueva con la pestaña de Display seleccionada. En la sección de  Bus Number  automáticamente se mostrará un 1. El simulador  requiere que cada barra tenga un número único. Para facilidad se acepta el valor por  defecto. En la sección  Bus Name se escogerá el nombre de “ Barra Primera” y el voltaje nominal será de 138 kV. La parte de Orientation (Orientación), sirve para indicar como se debe mostrar la barra, si hacia: la derecha ( Right ), la izquierda ( Left ), arriba (Up) o

85

abajo ( Down). Se debe marcar la opción  Left , lo cual hará que la barra quede hacia la izquierda. Luego se debe escoger la pestaña de  Bus Information de la figura 3.63, para que aparezca la ventana de la figura 3.64.

Figura 3.64 Ventana para la colocación de una barra nueva con la pestaña de Bus Information seleccionada. Se debe darle clic derecho a la casilla de System Slack Bus para seleccionarla (aparecerá un check para indicar que se seleccionó). Slack Bus se utiliza para asegurar  que el sistema tiene suficiente generación para abastecer la carga. En esta sección también se selecciona el voltaje y ángulo de la barra en p.u. Se escogerá el valor de 1  p.u. con ángulo de cero. Después se debe darle clic al botón de Ok para aceptar todos los cambios. La barra deberá quedar como en la figura 3.65.

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Figura 3.64 Colocación de una barra nueva. Para mover el nombre de la barra, se debe seleccionar el nombre como muestra la figura 3.64, luego mantener pulsado el botón izquierdo del mouse y mover el nombre al lugar que se desea. Se aplica el mismo procedimiento para mover los diferentes objetos del diagrama.

3.4.3 Agregando un generador Para agregar un generador, se debe seleccionar el botón de  Network  y escoger  Generator . Luego, se tiene que dar clic izquierdo en el lugar donde se desea conectar el

generador (para este ejemplo darle clic en la barra primera). Una vez que se haya hecho lo anterior, aparecerá la ventana de opciones del generador que se muestra a continuación.

87

Figura 3.65 Ventana de opciones del generador. A todos los generadores que se agreguen se les debe de especificar la potencia de salida. Esto se hace en la sección de  Power Control , en la casilla de  MW Output de la  pestaña de  Power and Voltaje Control . Se escribirá 413 en este espacio para que el generador posea una potencia de salida de 413 MW. MW . Luego se debe pasar a la pestaña de  Display Information y observar la sección de Orientation para seleccionar hacia donde se desea que el generador se muestre. También se debe seleccionar la casilla de  Anchored  como se muestra en la figura 3.66, la cual forzará al generador a moverse con su respectiva barra.

88

Figura 3.66 Pestaña de Display Information de la ventana de opciones del generador.

Después se pulsa el botón de Ok  para aceptar todos los cambios. Una vez aceptados los cambios, el diagrama lucirá como en la figura 3.67. Para salvar el diagrama se debe pulsar el símbolo de PowerWorld (círculo azul) y escoger la opción de Save As para guardarlo en una locación y

con un nombre específico.

89

Figura 3.67 Colocación de un generador en una barra.

3.4.4 Agregando una barra con carga Para agregar una barra nueva se sigue el procedimiento antes descrito. Esta vez se elegirá el nombre de “ Barra

Segunda”. En la pestaña de  Attached Devices, en la

sección de  Load Summary Information es donde se agrega carga fija a una barra. Se escribirá en la casilla Base MW 200, para tener una carga que consume 200 MW de  potencia. Luego se escribirá en la casilla  Base Mvar  100, para tener una carga que consume 100 Mvar.

90

Figura 3.68 Ventana de opciones de barra con la pestaña Attached Device activada Hasta este punto no se muestra la carga en el diagrama, aunque este representada en la barra. El diagrama lucirá como en la figura fi gura 3.69.

Figura 3.69 Colocación de la segunda barra en el diagrama. 91

Para dibujar la carga en el diagrama, se debe seleccionar el botón de  Network en la barra de dibujo y escoger   Load . Una vez realizado este paso, se debe dar clic izquierdo al lugar donde se desea colocar la carga en el diagrama, en este caso se debe de dar clic derecho a la barra segunda. Se abrirá la ventana de la figura 3.70.

Figura 3.70 Ventana de opciones para la carga. Como se puede observar de la figura anterior, se nota que los espacios de MW Value

y Mvar Value se llenan automáticamente, ya que se habían elegido antes en la

 barra. También se pueden llenar estos espacios de forma manual con la potencia que se desea. En la parte de Orientation se elige la opción de Arriba ( Up), para que la carga se

92

muestre hacia arriba como en la figura 3.71 y se le da Ok . Para mover los objetos al lugar que se desea, se deben seleccionar todos los objetos, y mantener el botón derecho del mouse pulsado y arrastrarlos hasta donde se desea.

Figura 3.71 Colocación de la carga en el diagrama.

3.4.5 Agregando una línea de transmisión Para ingresar una línea de transmisión, se selecciona el botón de  Network  y se escoge la opción Transmission Line de la barra de dibujo. Se debe dar clic derecho para seleccionar el punto donde la nueva línea empezará. Para este ejemplo, se empezará la línea en la Barra Primera. La línea se moverá de acuerdo al mouse (no es necesario manter ningún botón pulsado), con un clic izquierdo se corta la línea para facilidad de dibujo. Cuando se haya seleccionado el punto donde la línea termina se debe dar doble clic izquierdo para terminar el dibujo de la línea y para que aparezca la ventana de opciones de la línea que se presenta en la figura 3.72.

93

Figura 3.72 Ventana para opciones de la línea. Como se puede observar de la figura anterior, aparece de que barra empieza y donde termina la línea. En la sección de  From Bus indica donde empieza la línea, en este caso de la Barra Primera, y en To Bus es donde termina la línea en este caso es la Barra Segunda. También se debe de seleccionar los parámetros de la línea, los cuales se pueden ingresar de modo manual en la sección de  Per Unit Impedance Parameters . Para este caso se ingresa en Series Resistance (R) el valor de 0.02 para determinar la resistencia de la línea. En Series Reactance (X) se ingresa 0.08 para determinar la inductancia de la línea. En Shunt Charging  (B) se ingresa el valor de 0.1 para determinar el valor de

94

capacitancia de carga de la línea. En la parte de  MVA limits se ingresa el valor de 1000, esto para limitar la cargabilidad de la línea. El diagrama lucirá como en la figura 3.73.

Figura 3.72 Colocación de la línea de transmisión en el diagrama. Como se observa aparece un círculo azul en el diagrama, el cual es un gráfico de  pastel que mide diferentes variables eléctricas. Se pueden incluir más gráficos al seleccionar  Pies/Gauges y luego  Line Flow Pie Chart  de la barra de dibujo. Para seleccionar que variable se quiere medir, se debe dar doble clic en el círculo azul para que aparezca la ventana de la figura 3.72. Para este caso se selecciona la opción de Total   Power (MVA) para medir la potencia total que pasa por esa línea.

95

Figura 3.73 Ventana de opciones para los gráficos de pastel.

3.4.6 Agregando un interruptor Los interruptores se representan por medio de cuadro rojos en el simulador y sirven para abrir o cerrar la línea. Los interruptores se colocan de forma automática al dibujar un objeto en el diagrama. Sin embargo se pueden ingresar de forma manual, esto se logra seleccionando  Indication y luego Circuit Breaker  de la barra de dibujo. Una vez hecho esto se debe dar clic derecho al lugar donde se desea colocar el interruptor y aparecerá la ventana de la figura 3.74.

96

Figura 3.73 Ventana para opciones de interruptor. De la ventana anterior se nota que se puede elegir de modo manual entre cuales  barras se desea el interruptor. También el status, es decir si se desea abierto ( open) o cerrado (closed ).

3.4.7 Agregando un transformador Para ingresar un transformador se selecciona se selecciona el botón de Network  y se escoge la opción Tranformer de la barra de dibujo. Para ingresar un transformador,  primero se debe ingresar una barra con un diferente nivel de voltaje. Para este ejemplo, se ingresará una tercera barra llamada “ Barra Tercera” y con

un nivel de voltaje de 69 kV siguiendo el procedimiento antes descrito 13. Luego para ingresar un transformador se da clic en la barra segunda y se dibuja siguiendo el mismo  procedimiento que para una línea de transmisión. Para los parámetros del transformador se seleccionan de igual forma que en la figura 3.72, es decir 0.02 para R, 0.08 para X, 0.1 para B y 1000 en  MVA Limits . Luego se selecciona la pestaña de Transformer Control  y se observa que la sección de Off13

Ver sección 3.4.2 para ingresar una barra.

97

nominal  Turns Ratio,

la cual sirve para determinar la relación de vueltas del

transformador, se muestra en 1.000. Esto se debe a que no es necesario especificar este valor, ya que es determinado automáticamente por los voltajes de las barras. El simulador permite personalizar los objetos que se presentan en el diagrama. Para este ejemplo, es selecciona la pestaña de  Display de la ventana de opciones del transformador y se aumenta el tamaño del símbolo a 4 como se muestra en la figura 3.74. El procedimiento para modificar el tamaño de los símbolos es el mismo, solo basta con buscar la pestaña de  Display.

Figura 3.74 Ventana para opciones del transformador con la pestaña Display activada. 98

Se repite el procedimiento antes descrito para ingresar un transformador de la  barra primera a la barra tercera, con los mismos parámetros que el transformador antes colocado.

Figura 3.74 Diagrama con varios transformadores

3.4.8 Agregando objetos variables  PowerWorld Simulator 

ofrece la opción para ingresar: carga, fuente o

transformadores que se pueden variar durante la simulación. Una vez que se han introducido estos objetos variables, surgirán dos flechas con las cuales se puede variar el valor que se tiene. Siguiendo con el ejemplo, ahora se dibujará una carga de 400 MW y 200 Mvar  Para ello se da doble clic en la barra tercera, luego en las pestaña  Attached Devices, luego  Add or Edit Bus Load  y se llenan los espacios con el procedimiento antes

99

descrito. Luego se escoge el botón de de  Auto Insert  y Load  para que la carga se ingrese automáticamente14. Para crear carga variable, se selecciona el botón de  field  de  Individual Insert , luego Load Field y se da clic izquierdo sobre la carga que se desea (en este caso la carga de la barra tercera). Surgirá la ventana de la figura 3.75.

Figura 3.74 Ventana para modificar las opciones del espacio de la carga. En la ventana anterior se selecciona el valor de 400 MW y en Type Field  el de  Load MW  para

modificar la potencia real de la carga. Luego en  Delta per Mouse Click 

se selecciona 10, ya que este espacio es para saber cuanto se modifica la carga cada vez que le da clic con el mouse, en este caso ira de 10 en 10. Para borrar los valores que aparecieron anteriormente, simplemente se seleccionan y se pulsa el botón Supr  del teclado. Este procedimiento es el mismo para  borrar cualquier objeto del diagrama.

14

Para ingresar la carga de forma manual se selecciona Network, luego Load y se da clic derecho en la  barra tercera. Posteriormente se llenan los espacios con los valores que se desea.

100

Se realiza el mismo procedimiento, solo que esta vez es para cambiar los valores de la potencia reactiva, para ello se selecciona en Type of Field Load Mvar . En  Field  Value se escribe 200 Mvar y en  Delta per Mouse Click se pone 10.

Por último se ingresa un generador en la barra tercera como se hizo anteriormente. La potencia de salida de este generador es de 300 MW. Posteriormente se selecciona el botón de  field  de Individual  Insert , luego Generator Field  y se da clic en el generador que se acaba de ingresar. En Type of Field  se debe marcar  Gen MW  Output  y en  Delta per Mouse Click  10.

Con esto aparecerá el valor de 300 MW que se

 puede cambiar y se debe borrar el valor de 300MW que es fijo. El diagrama lucirá como en la figura 3.75.

Figura 3.75 Diagrama unifilar con carga y generación variable. 101

3.4.9 Agregando bancos de capacitores Para agregar un banco de capacitores, los cuales aportan potencia reactiva al sistema, se debe seleccionar el botón  Network  y después Switched Shunt  de la barra de dibujo. Se da clic sobre la barra 3 para que aparezca la ventana de opciones que se  presenta en la figura 3.76.

Figura 3.76 Ventana para modificar las opciones del banco de capacitores. En la sección de  Nominal Mvar  se escribe 10, esto significa que el banco aporta 10 Mvar al sistema. Después se pulsa el botón de Ok  y el diagrama lucirá como en la figura 3.77.

102

Figura 3.77 Diagrama unifilar después de que se agregó el banco de capacitores.

3.4.10 Agregando los espacios para mostrar la información Para insertar un espacio de texto se debe elegir   Background  y luego Text  de la  barra de dibujo. Luego se da clic derecho al lugar donde se desea que el texto aparezca. Esto hará que surja la ventana de texto que se presenta en la figura 3.78.

Figura 3.78 Ventana para introducir texto. 103

En este ejemplo se introduc irá el texto “Primer Caso” para crear un título en el diagrama unifilar. Para cambiarle el formato a este título, se debe seleccionar el botón de Formatting  de la barra de dibujo y luego la pestaña de Font  (Fuente) que hará surgir  la ventana de la figura 3.79.

Figura 3.79 Ventana para modificar la fuente del texto. Se elegirá tamaño 26 y en  Font Color  se elige Change para modificar el color  del texto, que en este caso se escogerá color verde. Mientras que para cambiar el color  de fondo del texto se debe escoger la pestaña de  Line/Fill  que se muestra en la figura 3.80.

104

Figura 3.80 Ventana para modificar el fondo del texto En este caso se marca la casilla de Use Background Fill  y se pulsa el botón de Change para elegir el color del fondo, el cual se eligió de color morado.

Asimismo se pueden crear espacios para mostrar las diferentes variables de una  barra. Para agregar este espacio se debe dar clic derecho al mouse cerca de la barra y escoger la opción de  Add New Fields Around  Bus para que salga la ventana de posición alrededor de la barra que se muestra en la figura 3.81.

105

Figura 3.81 Ventana para modificar el lugar donde aparecerá la información en la barra. Como se puede observar de la figura anterior, se presentan dos barras: una acostada y otra de pie para que el usuario escoja la opción de cómo se encuentra la barra donde se desea agregar el espacio. Los letreros de Pos1, Pos2, etc, representan la  posición donde el espacio va a aparecer en la barra. En este caso se selecciona la  posición Pos1, lo cual hará surgir la ventana de la figura 3.82.

106

Figura 3.81 Ventana para modificar la información en la barra. De la figura anterior se nota que en Type of Field  se escoge el tipo de información que se desea para la barra. En este caso se desea saber el voltaje de la barra,  por lo que se selecciona el espacio de Bus Voltaje. Para mostrar el valor del ángulo se realizan los mismos pasos solo que en la ventana de la figura 3.81 se escoge la Pos2 y en la ventana de la figura 3.82 se escoge  Bus Angle. Una vez realizado esto la ventana de la figura 3.81 mostrar las variables que se seleccionaron y en cual posición. Se realiza este procedimiento con todas las barras. Ahora se procederá a mostrar la información de las líneas y transformadores. Para ello se debe elegir  Field  y Transmission Line Field  de la barra de dibujo. Luego se seleccionar el lugar donde se desea que aparezca la información (preferiblemente cerca de la línea). Esto hará aparecer la ventana de la figura 3.82.

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Figura 3.82 Ventana para modificar la información en las líneas. En la ventana anterior se elige que tipo de información se desea saber. Para este caso se escoge  MW Flow para saber el flujo de potencia que pasa por esa línea. Se realiza el mismo procedimiento, solo que esta vez se escoge la opción  Mvar Flow para saber tanto el flujo de potencia activa como de potencia reactiva 15. Se realiza estos  pasos en ambos extremos de todas las líneas del diagrama. Para mover la información que se desea mostrar, primero se selecciona y luego con el botón izquierdo del mouse apretado se arrastra hasta el lugar donde se desea mover. Después de haber realizado todos los pasos en todas las líneas y barras, el diagrama se verá como en la figura 3.83.

15

Para agregar la información que se desea mostrar cuando hay un transformador de por medio, se utiliza el mismo procedimiento que para líneas.

108

Figura 3.83 Diagrama unifilar mostrando todas las variable eléctricas.

3.4.11 Solucionando el caso Para solucionar el caso, es decir realizar la solución de los flujos de potencia se debe ir a la barra de análisis y seleccionar el modo de simulación ( Run Mode). Por  último se debe elegir el botón

de la sección  Power Flow Tools . Una vez empezado

el análisis el diagrama lucirá como en la figura 3.84. Para detener la simulación se debe elegir el botón

de la sección  Power Flow Tools, el cual detendrá la simulación para

realizar ajustes y si no se realizan ajustes solo pondrá la simulación en pausa.

109

Figura 3.84 Solución del diagrama unifilar mostrando todas las variable eléctricas. Con esto concluye el manual del simulador   PowerWorld , el cual incluye los conceptos básicos introductorios para el uso del simulador y se brinda un breve tutorial16 para un diagrama sencillo. Se invita al usuario a experimentar con las diferentes barras y realizar sus propios análisis y simulaciones con la ayuda de este manual.

16

Sección 3.4 del presente capítulo.

110

CAPÍTULO 4: Guías de Laboratorios para el simulador PowerWorld En el siguiente capítulo se presentan una serie de guías de laboratorio para repasar los conceptos que se vieron en el capítulo anterior. Estas guías tienen como finalidad analizar el funcionamiento de un sistema eléctrico de potencia mediante el uso del simulador   PowerWorld . También se pretende adentrar más en las diferentes funciones del simulador y así ejemplificar diferentes casos que se pueden presentar, además de ir familiarizando al usuario con el simulador. La principal función del simulador es calcular flujos de potencia, sin embargo en las versiones más recientes del programa se pueden realizar distintos análisis. Se  pretenden abarcar las principales funciones del simulador con las guías de laboratorio, empezando desde los análisis más simples hasta las funciones más complejas que  presenta PowerWorld . En total se realizaron 5 guías y los temas para las diferentes guías son básicamente dos: flujos de potencia y análisis de fallas.

Tabla 4.1 Temas para las guías de laboratorio TEMAS PARA LAS GUÍAS DE LABORATORIO PRÁCTICA Nº 1

TEMA 1: Flujos de potencia

PRÁCTICA Nº 2

TEMA 2: Uso de transformadores para regular el flujo de potencia

PRÁCTICA Nº 3

TEMA 3: Análisis de sobrecargas de líneas

PRÁCTICA Nº 4

TEMA 4: Análisis de fallas parte I

PRÁCTICA Nº 5

TEMA 5: Análisis de fallas parte II

PRÁCTICA Nº 6

TEMA 6: Disparo de generación

PRÁCTICA Nº 7

TEMA 7: Estudio de voltajes críticos

111

4.1 Práctica Nº 1: Flujos de potencia Introducción. A continuación se presenta la primera guía de laboratorio para el tema de cálculo de flujos de potencia mediante el uso del simulador de sistemas de potencia  PowerWorld. El sistema de estudio es un

sistema sencillo de 2 barras al cual se pretende

resolver el flujo de potencia y averiguar la potencia, voltaje y ángulo de las distintas  barras.

Objetivos 

Familiarizar al usuario con los conceptos básicos de cómo simular un caso en el simulador  PowerWorld.



Entender como se resuelven los flujos de potencia para los diferentes casos que se presenten.

Procedimiento 1. Crear un caso nuevo y colocar una barra de 138 kV orientada hacia arriba. El nombre de la barra será “ Barra 1”.

2. Luego se debe colocar un generador de 500 MW a la  Barra 1. 3. Posteriormente poner una segunda barra de 69 kV situada a la izquierda de la  Barra 1. El nombre de la barra será “ Barra 2”.

4. Para la línea de transmisión se sabe que va de la  Barra 1 a la  Barra 2 y que dicha línea es de 16 km. (Se debe usar  Calculate Impedances con una base de 138 kV ). La línea tiene una cargabilidad máxima de 1000 MVA.

112

5.

La carga debe de ir conectada a la  Barra 2. Dicha carga debe de ser una carga variable de 200 MW y 100 Mvar. Se debe seleccionar 50 en  Delta per Mouse Click.

6. Se ejecuta el caso para encontrar los voltajes en las barras 1 y 2 mediante el método de Newton Rhapson completo. 7. Anotar la magnitud y ángulo de las barras 1 y 2 en la siguiente tabla.

Tabla 4.1.1 Valores de voltaje y ángulo para el método de Newton Rhapson Voltaje

Ángulo

(p.u.)

(p.u.)

 Barra 1  Barra 2

8. Anotar la potencia activa y reactiva que entra y salen de las barras 1 y 2 en la siguiente tabla.

Tabla 4.1.2 Valores de potencia activa y reactiva de las barras Potencia Activa (MW.)

Potencia Reactiva (MVar)

 Barra 1  Barra 2

9. Aumentar la potencia activa de la carga y cargar la línea el 100%, 150% y 200%. Anotar los valores de potencia activa, reactiva, magnitud y ángulo de voltaje para las barras cuando la línea este al 100%, 150% y 200%. 10. Realice un análisis de las potencias y voltajes cuando se va sobrecargando la línea y sus posibles efectos en el sistema.

113

4.2Práctica Nº 2: Uso de transformadores para regular el flujo de potencia Introducción. A continuación se presenta la segunda guía de laboratorio, la cual consiste en un generador con dos barras entre las cuales se encuentra una línea de transmisión y un transformador cuya función principal es la de controlar el flujo de potencia activa y reactiva, además de la carga. Lo que se desea es analizar con cuales parámetros del transformador es posible controlar los flujos de potencia activa y reactiva.

Objetivos 

Comprender el uso de transformadores como reguladores de potencia activa y reactiva.



Entender como se dibujan los transformadores en el simulador de sistemas de potencia  PowerWorld .

Procedimiento 1. Dibuje el diagrama unifilar que se presenta en la siguiente figura.

Figura 4.1 Diagrama unifilar para el laboratorio Nº 2.

114

2. La barra primera posee un voltaje de 345 kV y la barra segunda es de 337 kV. Y se sabe que la reactancia de la línea es de 0,06214 ohmios. 3. El transformador posee un ángulo de fase inicial de 3º y un cambiador de derivaciones que empieza en 1 y se cambia en pasos de 0.00625. 4. Para ingresar el cambiador de derivaciones y el ángulo de fase inicial seleccione el botón de Field de la barra de dibujo y luego Transformer Field . 5. Agregue los campos para los valores de potencia activa y reactiva tanto para la línea como para el transformador. Además agregue los valores de magnitud y ángulo para el voltaje de la barra primera y segunda. 6. Corra el caso y aumente el cambiador de derivaciones hasta el valor de 1.12. Anote los valores de potencia activa y reactiva en la siguiente tabla. Deje el ángulo de fase inicial en 3º.

Tabla 4.2.1 Valores de potencia activa y reactiva a medida que se aumenta el cambiador de derivaciones Cambiador de derivaciones

Potencia Activa

Potencia Reactiva

(taps)

(MW)

(Mvar)

1,00 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 1,10

115

1,11 1,12 7. Regrese al valor de 1,00 el cambiador de derivaciones y ahora aumente el valor  del ángulo de fase inicial hasta el valor de 3,12º. Anote los valores de potencia activa y reactiva en la siguiente tabla.

Tabla 4.2.2 Valores de potencia activa y reactiva a medida que se aumenta el ángulo de fase inicial Ángulo de fase inicial

Potencia Activa

Potencia Reactiva

(º)

(MW)

(Mvar)

3,00 3,01 3,02 3,03 3,04 3,05 3,06 3,07 3,08 3,09 3,10 3,11 3,12

8. Describa que sucede con la potencia reactiva al aumentar el cambiador de derivaciones. 9. Describa que sucede con la potencia reactiva al aumentar el cambiador de derivaciones y si se da un cambio justifique a que se debe. 10. Comente cuando es útil utilizar un transformador como regulador de potencia y en que casos no es conveniente utilizarlo.

116

4.3Práctica Nº 3: Análisis de sobrecarga de líneas Introducción. A continuación se presenta la tercera guía de laboratorio, la cual consiste en un sistema de 8 barras y varias cargas conectadas al sistema. Varias de las líneas se encuentran sobrecargadas, por lo que se debe desconectar cierta cantidad de carga para que las líneas no estén sobrecargadas. También se quiere analizar cuales de la líneas son críticas, es decir que al desconectar esa línea causa que las demás líneas se sobrecarguen.

Objetivos 

Implementar un caso de mayor dificultad mediante los conocimientos adquiridos en los laboratorios anteriores y las clases anteriores.



Analizar que medidas se deben tomar para evitar disparos por  sobrecargas de las líneas.



Probar un método de solución diferente para solucionar el flujo de  potencia.

Procedimiento 1. Arme el diagrama unifilar que se presenta a continuación.

117

Figura 4.2 Diagrama unifilar para el laboratorio Nº 3.

2. Los valores de voltaje para las diferentes barras se presentan en la siguiente tabla.

Tabla 4.2.1 Valores de voltaje para las diferentes barras. Carga de la  barra

Voltaje (kV)

1

138

2

230

3

138

4

230

5

138

6

138

7

138

8

34,5

118

3. Además se sabe que todas las líneas solo poseen una reactancia de 0,06214 y tienen un límite de 1000 MVA. 4. Los valores de las cargas son los siguientes.

Tabla 4.2.2 Valores de potencia para las cargas. Barra

Potencia (MW)

3

500

6

200

7

450

8

600

8

700

5. Los generadores comienzan entregando una potencia de 500 MW. 6. Corra el caso, se debe utilizar el método de solución  DC Power Flow ya que los otros métodos presentan problemas de convergencia. 7. Desconecte la línea que sale de la barra 2 y llega a la barra 6 (línea 2-6). 8. Describa que pasa con el sistema al desconectar esa línea y presente una solución para dicho problema desconectando la menor cantidad de carga.

17

9. Conecte de nuevo la línea 2-6 y desconecte ahora la línea 6-8. 10. Describa que pasa con el sistema al desconectar esa línea y presente una solución para dicho problema desconectando la menor cantidad de carga. 11. Por último presente la solución más económica (sin desconectar carga) para las líneas que se encuentran sobrecargadas al inicio del caso.

17

Suponga que solo se puede desconectar una carga a la vez debido a las exigencias del cliente. Debido a esto el problema no se puede solucionar por completo, por lo que se debe encontrar la mejor solución que minimice los efectos.

119

4.4Práctica Nº 4: Análisis de fallas parte I Introducción. Este laboratorio consiste en la primera parte de un estudio de fallas que se va a realizar a un sistema de 9 barras. Las fallas que se estudiaran en esta guía son fallas trifásicas balanceadas, ya sean en las diferentes barras o en las líneas; y se pretende averiguar los valores de la corriente de falla y los valores de los voltajes de las fases durante la falla.

Objetivos 

Realizar un estudio de falla para un sistema de potencia mediante el uso de PowerWorld.



Analizar las fallas trifásicas y su impacto en un sistema de potencia.



Estudiar como se averigua la corriente de falla usando el simulador.

Procedimiento 1. Arme el diagrama unifilar que se presenta a continuación en el simulador de  potencia PowerWorld .

120

Figura 4.3 Diagrama unifilar para el laboratorio Nº 4. 2. Los valores de los voltajes para las barras se presentan en la siguiente tabla.

Tabla 4.3.1 Valores de voltaje para las diferentes barras. Barra

Voltaje (kV)

1

16,5

2

18

3

13,8

4

230

5

230

6

230

7

230

8

230

9

230

3. Además se conoce que las líneas no poseen parte resistiva y su parte inductiva es de 0,01 (para todas). Los generadores empiezan entregando 200 MW (todos).

121

4. En la siguiente tabla se presenta los valores reactancia para los transformadores.

Tabla 4.3.2 Valores de reactancia para los transformadores. Transformador

Reactancia (p.u)

2-7

0,0625

3-9

0,0586

1-4

0,0576

5. Los valores de las cargas son los siguientes.

Tabla 4.3.3 Valores de las diferentes cargas. Carga

Potencia Activa

Potencia Reactiva

(MW)

(MVAr)

Barra 8

100

35

Barra 5

125

50

Barra 6

90

30

6. Simule el caso mediante el método de solución Newton completo y seleccione el  botón de Análisis de Fallas ( Fault Analysis). 7. Realice la simulación de la corriente de falla (magnitud, ángulo y amperios) para una falla trifásica balanceada que ocurre en la barra 1, luego cuando la falla ocurre en la barra 2, y así sucesivamente para las demás barras. 8. Luego calcule el valor de corriente (magnitud, ángulo y amperios) de una falla trifásica balanceada que ocurre justo a la mitad de las líneas que se presentan en la siguiente tabla.

122

Tabla 4.3.3 Valores de la corriente de falla trifásica cuando ocurre en la mitad de la línea. Líneas

Magnitud

Ángulo

Amperios

(p.u.)

(Grados)

(A)

7-8 8-9 5-4 6-4

9. Posteriormente encuentre el valor del voltaje (magnitud y ángulo) de todas las fases para las fallas del punto 8. 10. Por último realice un análisis para determinar que es más dañino si una falla trifásica balanceada en una barra o en una línea. Utilice como criterio de comparación los valores de corriente de falla y valores de voltaje durante la falla calculados en los puntos anteriores.

123

4.5Práctica Nº 5: Análisis de fallas parte II Introducción. Este laboratorio consiste en un estudio de fallas pero a diferencia del laboratorio cuatro, en el presente laboratorio se estudiaran los demás tipos de fallas que se  presentan en un sistema de potencia. Para realizar el análisis se usará el mismo diagrama unifilar del laboratorio 4.

Objetivos 

Realizar un estudio de falla para un sistema de potencia mediante el uso de PowerWorld.



Analizar diferentes tipos de fallas y como afectan al sistema de estudio.



Comprender como se calculan diferentes fallas mediante el uso del simulador.

Procedimiento 1. Arme el diagrama unifilar que se presentó en la guía de laboratorio Nº 4: Análisis de fallas parte I 18. 2. Simule una falla monofásica a tierra para las barras 1, 2 y 3. Anote los valores de corriente de falla en la siguiente tabla.

18

Todos los parámetros del diagrama unifilar se mantienen igual.

124

Tabla 4.4.1 Valores de la corriente de falla monofásica a tierra. Barra

Magnitud (p.u.)

Ángulo (Grados)

Amperios (A)

1 2 3

3. Simule una falla bifásica a tierra para las barras 1, 2 y 3. Anote los valores de corriente de falla en la siguiente tabla.

Tabla 4.4.2 Valores de la corriente de falla bifásica a tierra. Barra

Magnitud (p.u.)

Ángulo (Grados)

Amperios (A)

1 2 3

4. Simule una falla línea a línea para las barras 1, 2 y 3. Anote los valores de corriente de falla en la siguiente tabla.

Tabla 4.4.3 Valores de la corriente de falla línea a línea. Barra

Magnitud

Ángulo

Amperios

(p.u.)

(Grados)

(A)

1 2 3

5. Simule los voltajes (magnitud y ángulo) para las barras 1, 2 y 3 durante una falla monofásica a tierra en la barra 1.

125

6. Simule los voltajes (magnitud y ángulo) para las barras 1, 2 y 3 durante una falla monofásica a tierra en la barra 2. 7. Simule los voltajes (magnitud y ángulo) para las barras 1, 2 y 3 durante una falla monofásica a tierra en la barra 2 8. Por último investigue cual tipo de falla es más común que suceda (monofásica a tierra, bifásica a tierra o línea a línea) en un sistema de potencia y por qué.

126

4.6Práctica Nº 6: Disparo de generación Introducción. Este laboratorio consiste en un estudio de las diferentes consecuencias que se tienen durante el disparo de uno o varios generadores. Para ello se utiliza un diagrama de 5 barras y cuatro generadores, con los cuales se pretende disparar varios y ver que consecuencias trae esto al sistema.

Objetivos 

Analizar las consecuencias que se presentan durante el disparo de uno o varios generadores.



Estudiar las posibles soluciones que se deben brindar durante el disparo de generación.

Procedimiento 1. Realice el diagrama de la figura que se presenta a continuación.

Figura 4.4 Diagrama unifilar para el laboratorio Nº 5. 127

2. Todas las líneas presentan una reactancia de 0,0621 y están limitadas a 500 MVA. Las cargas se deben variar a 50  Delta Mouse per Click . La barra 1 es de 138 kV, las barras 3 y 4 son de 230 kV, y las barras 2 y 5 son de 69 kV. 3. Todos los generadores empiezan entregando una potencia de 500 MW. 4. Simule el caso y posteriormente dispare el generador de la barra 1. Describa que sucede al disparar dicho generador. 5. Vuelva a conectar el generador de la barra 1 y luego dispare el generador de la  barra 2. Comente que sucede al disparar este generador. 6. Conecte de nuevo el generador de la barra 2 y aumente todas las cargas 200 MW. 7. Posteriormente dispare el generador de la barra 1 y describa que sucede al disparar dicho generador. 8. Conecte de nuevo el generador y luego dispare el generador de la barra 2. Comente que sucede al disparar este generador. 9. Investigue las causas por las cuales se puede dar disparo de generación y cuales son las distintas soluciones que se dan en los sistemas de potencia para esta condición.

128

4.7Práctica Nº 7: Estudio de voltajes críticos Introducción. Este laboratorio consiste en un estudio de los valores críticos de voltaje y cuales son sus consecuencias en la red. También se pretende investigar las posibles soluciones  para disminuir o aumentar la tensión a valores nominales. Para ello se utilizó el diagrama unifilar de la práctica 6.

Objetivos 

Analizar los efectos que se presentan en un sistema de potencia debido a  bajas o altas tensiones.



Investigar las distintas soluciones que se deben implementar para llevar  la tensión a valores nominales.

Procedimiento 1. Utilice el diagrama unifilar de la práctica 6 y agregue el valor de la tensión en cada barra. 2. Use el botón de Contouring  con límites de 1,10 pu para el máximo y de 0,9 pu  para el mínimo. 3. Observe las zonas donde se presentan bajos o altos voltajes. Investigue cuales medidas se pueden utilizar para aumentar los niveles de tensión. 4. Agregue un banco de capacitores de 300 MVAr en las barras 2, 4 y 5. 5. Use el botón de Contouring  con límites de 1,10 pu para el máximo y de 0,9 pu  para el mínimo.

129

6. Describa los cambios que se presentaron cuando se agregaron los bancos de capacitores. 7. Mediante la desconexión de bancos de capacitores, lleve los valores de voltaje de todas las barras a sus valores nominales. Utilice el botón de contorno para observar si las tensiones se encuentran en su valor nominal.

19

8. Agregue un transformador entre las barras 4 y 5 con valor de reactancia de 0,0621 ohms. El cambiador de derivación del transformador debe de tener 1  Delta Mouse per Click.

9. Cambie el valor de taps y recalcule el contorno. Describa los cambios que se  presentaron al aumentar o disminuir los taps. 10. Realice un ensayo de cuales medidas se utilizan alrededor del mundo para controlar los niveles de tensión y cuales se implementan en nuestro país.

19

Recuerde que después de cada cambio o ajuste que se realice al caso, se debe recalcular el contorno  para observar los efectos de dicho cambio.

130

CAPÍTULO 5: Conclusiones y recomendaciones 

Debido a la complejidad de los sistemas de potencia actuales y al gran número de interconexiones que poseen, es necesario el uso de programas de cómputo ya que almacenan gran cantidad de datos y a la gran velocidad con que resuelven distintos casos.



El manual realizado como parte del proyecto se basó en la versión 14 del simulador de sistemas de potencia  PowerWorld. Sin embargo el manual es equivalente para versiones anteriores, ya que estas poseen las mismas funciones que la versión 14.



Para realizar el manual de usuario se utilizó la versión  Demo del simulador de sistemas de potencia  PowerWorld , la cual se diferencia de la versión completa en que se limita a 12 barras mientras que la versión completa simula hasta 100 000 barras. No obstante, la versión Demo puede realizar las mismas funciones que la versión completa, por lo que la versión Demo es ideal para fines académicos.



El simulador de sistemas de potencia  PowerWorld  presenta una interfaz muy interactiva, ya que se pueden observar los flujos de potencia y cambiar los  parámetros del sistema en tiempo real lo cual lo diferencia de otros simuladores de potencia. Además esta característica le permite que sea muy utilizado para fines educativos ya que presenta una solución muy visual, lo cual ayuda para comprender mejor los conceptos teóricos.



Las guías de laboratorio se centran principalmente en los análisis de flujos de  potencia y fallas. Esto se debe a que dichas guías se pretenden implementar en el

131

curso de Transmisión de Potencia, por lo que las guías se limitan a estos temas a  pesar de que el simulador puede realizar otros tipos de análisis. 

A modo de recomendación se aconseja que antes de utilizar el simulador   PowerWorld ,

estudiar la teoría en la cual se basan los distintos tipos de análisis

 para una mayor comprensión de cómo funcionan dichos análisis. 

Se aconseja que en futuros trabajos de graduación realizar diferentes guías de laboratorio para los demás tipos de análisis que posee  PowerWorld , y así efectuar una guía de laboratorio para cada tipo de análisis y que se puedan utilizar como referencia en diferentes cursos.

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