Reducción de cortocircuito (Short Circuit Redution)

Cuándo se necesita reducir el modelo a un cierto tamaño

El módulo de CAPE Reducción de cortocircuito es un programa completamente interactivo diseñado para reducir el tamaño del modelo de una red reemplazando el conjunto de buses, líneas y transformadores conectadas a ellas, por una red más pequeña pero equivalente numéricamente. Si se selecciona un juego apropiado de buses esta red equivalente tendrá menos buses y ramas que la original, pero todavía proporcionará la respuesta correcta a fallos u otras condiciones eléctricas de la porción no reducida. CAPE y su programa de Cortocircuito no usa ni se beneficia de la red reducida producida por Reducción de cortocircuito. (El módulo Cortocircuito CAPE no tiene límites inherentes a su tamaño y resuelve los fallos en cualquier tamaño de red, casi instantáneamente). Sin embargo, hay otras razones por las cuales hacer reducciones de la red. Ver: ¿por qué reducir? más abajo, a la derecha.

Selección rápida y fácil de buses

Mucho del trabajo de preparación de modelos reducidos comprende a menudo la selección de la porción de red que se desea reducir. En CAPE, esta tarea se hace muy fácilmente. Si el número de buses que se quedan es muy pequeño se hace clic en ellos en el Diagrama de una línea. Si se va a retener una amplia porción del sistema, se usa el ratón para abrir el menú especial Reducción de cortocircuito para construir un conjunto de buses. Se pueden agregar o eliminar grupos de buses seleccionados por atributos, tales como kV y zona, buses seleccionados individualmente y conjuntos definidos previamente. En cada paso se puede revisar la selección realizada mediante una lista emergente (pop-up). Cuando se está listo para proceder con la reducción, se le indica a Reducción de cortocircuito mantener o eliminar buses del conjunto. La definición del conjunto se puede guardar en un archivo para futura referencia.

Se puede comenzar la reducción al seleccionar los buses que se desean retener en el Diagrama de una línea.

Dos métodos de reducción de la red

Reducción de cortocircuito CAPE ofrece separadamente dos técnicas de reducción. La primera, llamada reducción "normal" o "convencional", reduce completamente el juego de buses especificados, y conduce a un red equivalente con un número de buses mínimo, pero posiblemente muchas ramas. La segunda técnica, llamada reducción  "dispersión mejorada" (sparsity enhanced), determina matemáticamente cuáles otros buses se pudieran incluir para minimizar el número de ramas equivalentes creadas. Es muy fácil probar ambos métodos y seleccionar después el resultado que tenga las características más deseables.

Para aprender más acerca del método "de dispersión mejorada", ver las siguiente referencia (incluida en la documentación Reducción de cortocircuito): Mark K. Enns and John J. Quada, "Sparsity-enhanced network reduction for fault studies," IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 6, No. 2, pp. 613-21, May 1991.

Se pueden comparar y escoger la más deseable entre las dos equivalente técnicas de reducción: normal o “convencional” y “dispersión mejorada.”

Para ayudar a entender la reducción realizada y la equivalencia generada, Reducción de cortocircuito CAPE hace un resumen estadístico del proceso de reducción. Este resumen informa sobre el número de buses retenidos y eliminados, el numero de buses de frontera en cada secuencia, el número de derivaciones y ramas (líneas y transformadores) que han sido descartados en favor de la eficiencia (ver discusión más adelante), y una tabla con detalles sobre el efecto de reducción en los buses, derivaciones, ramas, acoplamientos mutuos y conexiones de buses.

Red física equivalente

En el trabajo de ingeniería del servicio público, es sabido que se necesita desarrollar modelos de red muy simplificados o reducidos. Ejemplos típicos de aplicación son: análisis de transitorios electromagnéticos, modelos de sistemas de alta tensión (HV), estudios de distribución y distintos cálculos manuales. El modelo equivalente simplificado tiene que tener la misma forma que las líneas, generadores, y otros elementos físicos de la red en la que se enfocan los estudios. Una ventaja distintiva de la Reducción de cortocircuito CAPE es que produce precisamente el tipo de impedancias equivalentes que interconectan los buses que quedaron y de admitancias que conectan los buses a tierra. Por tanto, la equivalencia generada por Reducción de cortocircuito puede ser fácilmente combinada con el modelo detallado, lo mismo en papel o como datos de entrada para algún otro programa. Un informe de texto conveniente se consigue haciendo clic en el botón “List Network Data" (lista de datos de la red) después de la reducción, donde quedan claramente identificados los elementos de la red equivalente. O bien la red reducida se puede exportar en formatos de texto tales como Siemens PTI PSS/E, o hacia la base de datos CAPE.

Opciones para descartar equivalencias extrañas

El menú de Preferencias en Reducción de cortocircuito CAPE permite el control sobre campos tales como Código de la derivación (Shunt_Code) y Nombre de la derivación (Shunt_Name), que serán utilizados más tarde para distinguir entre componentes de la red original y la equivalente. Sin embargo, las otras tres cantidades son más interesantes: Derivación mínima (Shunt_Minimum), Serie Z máxima (Maximum_Series_Z) y Serie Z mínima (Minimum_Series_Z).

Una de las características de la reducción de redes es que los buses en la frontera entre los grupos de buses reducidos y mantenidas, quedarán siempre interconectadas por una rama equivalente si hubiera existido una trayectoria entre ellas que se mantiene al hacer la reducción. Similarmente, aparecerán derivaciones equivalentes en los buses, en la frontera, si anteriormente hubiera existido una trayectoria desde los buses en la frontera hacia las derivaciones en la red reducida. A menudo, esas ramas y derivaciones equivalentes tendrán valores de impedancia de poco impacto en los cálculos con los que ser realizó la equivalencia. Se tiene control directo sobre la eliminación automática de tales impedancias en interés de un modelo reducido más eficiente. El objetivo de esta característica es similar a la reducción de “dispersión mejorada", pero enteramente independiente de ella. En otros casos, una impedancia de rama puede ser tan pequeña que lleva a modelar un bus atado a impedancia cero, en lugar de intentarse una solución numérica a esta rara condición mediante la solución de una matriz.

Herramienta especial para reemplazar un sistema externo

Cada servicio eléctrico conectado con vecinos se enfrenta a la tarea de mantener actualizado el modelo vecino. De otra manera las corrientes (intensidades) de fallo cerca de las fronteras no serán realistas, y las configuraciones derivadas de ellas conducirían a fallos en las operaciones. Le llamamos a esto el problema del dónut y el hueco (doughnut and hole). Se mantiene la propia red (el hueco) y su protección. El modelo del sistema externo (el dónut) se obtiene de los vecinos o el consejo de confiabilidad. De alguna manera hay que cortar el viejo modelo externo de los datos propios, cortar el modelo simplificado propio de los datos que tiene el nuevo modelo del sistema externo, y combinar ambos. Probablemente se querrá reducir la parte del modelo amplio del sistema externo que queda demasiado lejos de la frontera. La Reducción de cortocircuito CAPE ofrece una gran herramienta para realizar todos esos paso. Pregunte por ella.

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Características

La interfaz más fácil de usar que ya se ha visto para escoger, mantener o eliminar buses.

Dos técnicas de reducción: "convencional" y de "dispersión mejorada" (sparcity enhanced).

Informes detallados del proceso de reducción.

Un equivalente físico. Todas las salidas están en términos de impedancias serie y admitancias paralelo.

Opciones para eliminar automáticamente las ramas de alta impedancia y las derivaciones de baja admitancia.

Potente herramienta para reemplazar el modelo de sistema externo.

Conjunto de características avanzadas CAPE: macros, ayuda para la instalación, Lenguaje de programación para el usuario CAPE, ayuda emergente (ventanas pop-up), y ventanas emergentes de opciones para controlar la impresión.

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¿Por qué reducir?

Reducción de cortocircuito puede ayudar de la siguiente manera:

Produciendo un modelo menor para usar en otros tipos de estudio y con otros programas, tal como Programa de transitorios electromagnéticos (Electromagnetic Transients Program, EMPT).

Enviar datos para otros servicios públicos de electricidad (en Estados Unidos) o hacia el consejo de fiabilidad, quién probablemente no desea un extenso y detallado modelo de la red. Tampoco se quisiera distribuir un modelo muy detallado.

Reducir los datos recibidos de servicios públicos vecinos o del consejo de fiabilidad. Normalmente, el único interés acerca del "mundo exterior" es poder modelar sus efectos en el sistema propio. Probablemente no se quiera cargar con el gasto que ocasiona un modelo exterior extenso. De la misma manera, no se quisiera pagar a alguien para reducir los datos.

Generar sistemas de transmisión equivalentes para estudios de distribución. Si la compañía está utilizando otro programa que no sea CAPE para los estudios de distribución, se pudiera desear suministrar las equivalencias Thévenin necesarias para alimentar el modelo en sistemas de alta tensión.