Flujo de potencia (Power Flow)

El camino hacia corrientes (intensidades) de fallo más precisas

El propósito del programa de análisis de Flujo de potencia es calcular con precisión los voltajes (tensiones) de estado estacionario en todos los buses de una red, y a partir de ese cálculo los flujos de potencia real y reactiva en cada una de las líneas y transformadores, bajo la suposición de generación y carga conocidas. Su función básica consiste en importantes (y reconocidos) detalles: modelar controles tales como derivaciones cambiantes en transformadores, potencia de salida reactiva de generadores y áreas de intercambio. Los programas de flujo de potencia para computadoras digitales (ordenadores) han sido usados regularmente por los ingenieros de planificación desde hace más de treinta años. Escribimos nuestro primer programa en 1975. Uno pudiera admirarse si encontrara algo nuevo en la función de Flujo de potencia dentro de CAPE. La respuesta descansa en la integración de la función Flujo de potencia de CAPE con la base de datos y con la función Cortocircuito.

El objetivo de CAPE es promover un sistema de protección más seguro y confiable con menos esfuerzo y costo. Flujo de potencia, de CAPE, proporciona las condiciones iniciales que permiten a Cortocircuito, de CAPE, incluir corrientes (intensidades) de carga en sus cálculos. Corrientes de fallo más exactas conducen a configuraciones más exactas.

Flujo de potencia ofrece los dos algoritmos más efectivos disponibles: Newton y Desacoplamiento rápido, que permiten un control interactuante completo sobre el procedimiento de solución iterativo. 

Métodos de solución Newton y de desacoplamiento

Los problemas de flujo de potencia requieren la solución de un gran número de ecuaciones no lineales respecto a la variable de interés, el voltaje (tensión). Los problemas no lineales de envergadura generalmente son resueltos a través de procesos de linealización e iteración. CAPE PF proporciona los dos algoritmos más efectivos disponibles hoy en día para la solución de flujo de potencia: el de Newton y el de desacoplamiento rápido. La experiencia ha mostrado que en raras ocasiones alguno de ellos falla en resolver una red físicamente realizable. Esta es la razón por la cual CAPE PF proporciona un control interactivo completo mediante un procedimiento iterativo de solución. Se puede, por ejemplo, comenzar la solución con el método de desacoplamiento, interrumpirlo en cualquier punto y continuarlo con el método Newton. Pueden ser activados selectivamente controles tales como el cambio de derivaciones en transformadores. En la gran mayoría de los casos, por supuesto, tales "trucos" son innecesarios y la solución exacta puede ser obtenida más eficientemente con el algoritmo de desacoplamiento rápido.

Sobre la cuestión exactitud, hay un error común de comprensión respecto a la solución calculada por el método de desacoplamiento rápido. Siempre y cuando las disparidades (mismatches) sean calculadas correctamente, ambos métodos, el de Newton y el de desacoplamiento rápido darán respuestas exactamente iguales. Esto es cierto tanto para CAPE PF como para otros programas comerciales de flujo de potencia. Cada iteración Newton tarda un tanto más que una de desacoplamiento rápido, de modo que aunque este último método deba hacer más iteraciones, es usualmente más rápido. El límite en cuanto al tamaño de la red es otro "tigre de papel". No existe un límite inherente en el tamaño del sistema que pueda manejar CAPE PF o la base de datos, ya sean 5 o 50,000 buses a considerar. Cualquiera que sea el volumen del sistema las dimensiones que podrá manejar CAPE se ajustan automáticamente mientras lee los datos de la red.

Modelos para dispositivos y controles

CAPE PF modela una variedad de elementos y controles de la red. Entre éstos están:

control local o remoto de voltaje mediante la conmutación de bancos de capacitares e inductores

control local o remoto de voltaje mediante generación reactiva (Q)

control local o remoto de voltaje mediante cambio en derivaciones de transformadores

control de flujo de potencia reactivo mediante cambio en derivaciones de transformadores

control de flujo de potencia activo mediante corrimiento de fase de transformadores

control de intercambio de zona

Cualquiera de ellos puede ser activado o desactivado selectivamente. Las soluciones sin controles pueden ser iniciadas desde el menú "Solve" (Solución).

Interfaz de Diagrama de una línea

Diagrama de una línea ejecuta las mismas importantes funciones, aunque opcionalmente, para Flujo de potencia, que para Cortocircuito. Durante la configuración del estudio, se puede hacer clic en líneas para sacarlas fuera de servicio, o en buses conectados para abrirlos o cerrarlos. Se puede hacer clic en buses para cambiar la generación local o la carga. Desde el menú "Cambios en la red" (Network Changes) se puede acceder a potentes planillas para ajustar la carga y la generación en grupos arbitrarios de grupos de buses o en juegos predefinidos de buses. Se puede hacer clic en la mayoría de los objetos gráficos para examinar y editar la base de datos asociada. Inmediatamente que se produzca la solución, se muestran en el diagrama los flujos reales, reactivos y los voltajes en los buses. Se puede hacer que el diagrama OL enfatice las líneas sobrecargadas o con baja carga, o las buses con sobrevoltaje o bajo voltaje, volviendo a dibujarlas automáticamente con un color particular. El diagrama puede imprimirse en blanco y negro o en colores con los comandos estándar de impresión de Windows.

Informes modulares de texto

Flujo de potencia CAPE muestra los beneficios de su herencia como programa de planeamiento con su extensa lista de informes cuidadosamente diseñados y modulares. Cuando sea necesario, se pueden generar informes para todos los buses, un bus o cualquier conjunto de buses (de nuevo utilizando la versátil característica de buses CAPE). Algunos son informes de excepción, tal como aquellos de transformadores y líneas sobrecargadas o violaciones de voltaje. Otros son informes sumarios. Entre todos suman 16 informes. Mezclando y pareando (mixing and matching) se pueden personalizar los reportes de la compañía y fácilmente se pueden estandarizar en un simple archivo de comandos (script).

CAPE PF tiene varios detalles que permiten hacer los informes más legibles. Por ejemplo, los datos de buses y los resultados de informes de datos de buses tienen una característica especial diseñada para mantener juntos los datos relacionados. Los informes de buses siempre incluyen información sobre las ramas conectadas a ellos. El usuario es libre de especificar el número de líneas de impresión que aparecerán en la página. Por tanto, CAPE contará y siempre restringirá el número de buses reportados en una página en la cual también aparezcan todas las ramas asociadas. Se puede especificar que los informes sean amplios o compactos según necesidad. Si se necesitara un control más detallado, considerar: se puede especificar el número de dígitos significativos después del punto decimal. Todo eso es adorno, por supuesto, lo importante es el contenido y la satisfacción de las necesidades. Se ha pensado bastante en cómo disponer los informes con claridad, profundidad y concisión. Invitamos a cada uno a juzgar por sí mismo.

Se pueden personalizar los informes de la compañía seleccionando hasta 16 informes de Flujo de potencia: sumarios, violaciones, equipos y buses-ramas estándar.

Iniciación de Cortocircuito

El principal propósito de Flujo de potencia de CAPE es el de incrementar la exactitud del cálculo de las corriente de cortocircuitos, alimentadas a los relés a través de transformadores de medida. Si la corriente de carga es una fracción significativa de la corriente de fallo disponible en el sistema, se debe considerar con seriedad esta característica. Con un clic del ratón se puede enviar de regreso hacia la base de datos una solución completa del flujo de potencia: voltajes, carga y generación, derivaciones en transformadores y valores de dispositivos en paralelo (shunt devices). Cuando Cortocircuito construya a continuación su modelo de red, puede ser incluida la solución de flujo de potencia. Cortocircuito puede utilizar un perfil consistente de voltajes iniciales, en lugar del tradicional perfil plano, al calcular las corrientes de fallo. Mediante el menú de preferencias de Cortocircuito se puede decidir excluir o incluir el componente "corriente de carga" en los reportes de fallos y en las simulaciones de relés.

Datos integrados

En algunos aspectos, un cálculo de flujo de potencia requiere más datos que un cálculo de cortocircuito, con la única excepción que el de cortocircuito necesita las impedancias de secuencia cero. Son buenos ejemplos la generación real y reactiva con sus límites; los límites de flujo en las ramas; las cargas en los buses y detalles acerca de transformadores y de controles de conmutación de derivaciones (shunts). Muchos de esos datos son repeticiones o casi repeticiones, y sería una desventaja si la compañía tuviera que duplicarla para programas de análisis que requieran modelos separados. De cualquier manera que se mire, la detallada base de datos CAPE no sólo ayuda a unificar los modelos de la red, sino que presenta dicho modelo más claramente que nunca antes. Cuando se utilizan diferentes datos para modelar el mismo dispositivo, como en el caso de impedancias de generador e inyecciones, las planillas del Editor de la base de datos (DBE) los muestran juntos y organizados. Cuando los datos se superponen fuertemente, como en el caso de las impedancias de línea, las planillas de la DBE de nuevo muestran los datos con claridad. Constituyen un reto especial los transformadores con control de flujo para flujo de potencia y con modelos para cortocircuito con secuencia cero y redes neutrales. Las planillas de la DBE ayudan a tenerlo todo en un conjunto. Conviene echar un buen vistazo al diseño de nuestra base de datos. Creemos que se decidirá que una base de datos integrada hará de la responsabilidad administrativa una carga más fácil de llevar.

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Características

Rápidos y exactos métodos de solución Newton y de desacoplamiento.

Variedad de modelos de dispositivos y de control.

Interfaz de diagrama de una línea para rápida instalación e informe.

Extenso juego de informes de texto modulares para permitir funciones de planeamiento.

Iniciación de cortocircuito con corrientes de carga, para estudios más exactos sobre relés.

Datos integrados de flujo de potencia y de cortocircuito, mantenidos fácilmente con el Editor de la base de datos CAPE.

Jeff Quada