Este documento presenta una guía para realizar diferentes análisis de flujo óptimo de potencia (OPF) en el sistema de transmisión IEEE de 24 barras utilizando el software PowerFactory. Explica cómo minimizar los costos de generación y las pérdidas mediante OPF AC y DC, considerando límites operativos. También cubre cómo optimizar el despacho para que sea seguro ante contingencias (n-1) mediante OPF DC con restricciones de contingencia.

1. T r a i n i n g M a t e r i a l O P F
Análisis de Flujo Óptimo de Potencia

2. T a b l e o f C o n t e n t s
T r a i n i n g M a t e r i a l O P F
Tabla de Contenidos
1 Introducción.......................................................................................................................3
2 Flujo de Carga Óptimo .......................................................................................................4
2.1 Análisis del caso base para demanda de pico............................................................................. 5
2.2 Costo de los Generadores......................................................................................................... 5
2.3 Condiciones de Borde (Constraints)........................................................................................... 6
2.4 Minimización de los Costos de Generación ................................................................................. 6
2.5 Minimización de Pérdidas.......................................................................................................... 7
2.6 Flujo de carga óptimo DC (método lineal).................................................................................. 7
2.7 Flujo de carga óptimo DC con restricción por contingencias ........................................................ 9

3. I n t r o d u c c i ó n
T r a i n i n g M a t e r i a l O P F
1 Introducción
El objetivo de los siguientes ejercicios es introducir las herramientas y métodos de análisis disponibles
en DIgSILENT PowerFactory para el análisis de flujo óptimo de potencia.
Las diferentes técnicas de análisis disponibles se irán introduciendo gradualmente a lo largo de los
ejercicios de manera de permitirle al usuario familiarizarse con el uso del programa.
Las instrucciones son sencillas y claras. Es la intención que usted trate de resolver los ejercicios por sí
mismo. Por cualquier inquietud o problema que pudiera surgir durante la tarea, no dude en dirigirse al
instructor que supervisa el desarrollo de los ejercicios.
Trabaje a su propio ritmo; lo importante es entender la filosofía de trabajo de las herramientas
disponibles en PowerFactory para la solución de las tareas. No se preocupe si no alcanza a desarrollar
los ejercicios íntegramente. Junto a la documentación de este curso se entregará una copia de la
solución de los ejercicios para que le quede como referencia.
¡Le deseamos mucho éxito en la tarea!

4. F l u j o d e C a r g a Ó p t i m o
T r a i n i n g M a t e r i a l O P F
2 Flujo de Carga Óptimo
Este ejercicio está basado en el modelo estándar de comparación de redes de transmisión de IEEE de
24 barras. Esta red se presenta en la Figura 2-1.
- Importar el archivo “IEEE 24 BUS Model_START.pfd”
Figura 2-1: Red estándar de Transmision – IEEE-24 barras

5. F l u j o d e C a r g a Ó p t i m o
T r a i n i n g M a t e r i a l O P F
2.1 Análisis del caso base para demanda de pico
 Activar el caso de estudio “Peak Demand” correspondiente a la demanda de pico del sistema.
 Ejecutar un cálculo de flujo de cargas considerando los límites de reactivos (datos básicos del
comando de flujo de carga). Imprimir un reporte de los resultados del sistema y a partir de él
completar la tabla resumen del sistema que se muestra a continuación.
Resumen del sistema de 230 kV
Potencia instalada MW
Generación MW
Reserva rotante MW
Demanda del sistema de 230 kV MW
Potencia total exportada MW
Pérdidas MW
2.2 Costo de los Generadores
 Para los generadores del sistema de 230 kV definir las curvas de costo según los valores indicados
en la Tabla 1. Los costos de producción se definen en la hoja Optimización de los generadores.
Observar que se ingresan los costos de producción en función del despacho de la máquina; el
usuario puede ingresar cuantos puntos desee. El programa interpola lla curva mediante una
aproximación spline.
Tabla 1
Generadores Despacho
[% de P nominal]
Costo de
producción
[$/MW]
Generadores en la SE 15 P < 70 %
P > 70 %
3.5
3.0
Generadores en la SE 16 P < 70 %
P > 70 %
3.5
3.0
Generadores en la SE 18 P < 70 %
P > 70 %
3.0
2.8
Generadores en la SE 21 P < 70 %
P > 70 %
3.0
2.8
Generadores en la SE 22 P < 70 %
P > 70 %
2.2
1.8
Generadores en la SE 23 P < 70 %
P > 70 %
2.6
2.2
Generadores en la SE 13 P < 70 %
P > 70 %
2.6
2.2
Generador en la SE 14 (Slack) P < 100% 5.0

6. F l u j o d e C a r g a Ó p t i m o
T r a i n i n g M a t e r i a l O P F
2.3 Condiciones de Borde (Constraints)
A continuación se definirán las condiciones de borde para el cálculo del flujo de carga óptimo. Esta es
una parte sustancial de cálculo a los efectos de asegurar una convergencia de la solución dentro de
los límites deseados.
Un típico ajuste de las condiciones de borde, a los efectos del ejemplo del ejercicio, se sugiere a
continuación.
 Generadores
 Para todos los generadores del sistema habilitar los límites de potencia reactiva a los valores
mínimos y máximos de operación definidos para el despacho actual de carga (valor por
defecto en el escenario de operación). Esto garantizará que la solución encontrada no
excede los límites de reactivo que puede entregar la máquina.
 Para todos los generadores del sistema de 230 kV habilitar además el límite la potencia
activa entre cero y el valor de potencia nominal del generador.
 Excepción es aquí el generador en la barra 14: este generador se usará para balancear el
sistema (máquina slack). Se limitará por lo tanto la máxima potencia activa a 10 MW; vale
decir, se acepta tener hasta un máximo de 10 MW correspondiente al servicio de ajuste de
la frecuencia del sistema que serán provistos por este generador.
 Elementos de ramas (líneas, cables, transformadores)
 Para todas las líneas del sistema de 230 kV limitar el índice de carga máxima al 100%.
 Idem para los transformadores entre 230 kV y 138 kV, límite de carga máximo 100%
 Barras
 Limitar las tensiones en todas las barras del sistema entre 0.95 y 1.05 p.u.
Nota: observar que estos límites se definen a nivel de los elementos. El comando del flujo de carga
óptimo posee así mismo una opción para considerar o no considerar estos límites de manera global.
2.4 Minimización de los Costos de Generación
 Calcular un flujo de carga óptimo con las siguientes opciones:
 Método de optimización AC (método de punto interior)
 Función objetivo: Minimización de costos
 Controles: Despacho de la potencia activa de los generadores
 Límites (Constraints): Flujo de carga máximo por las ramas / Potencia activa de los
generadores
 Verificar en la ventana de salida cualquier mensaje de advertencia y/o error.
 Verificar la solución propuesta comparando los costos de producción antes (despacho inicial, como
resulta del flujo de cargas) y después de la optimización (como resulta del cálculo de flujo
óptimo). En qué porcentaje se han reducido los costos de generación? Observar que podrá usarse
para ello la herramienta de comparación de resultados.
 Verificar (por ejemplo usando las opciones de coloreo) que se mantengan todas las condiciones
de borde impuestas.

7. F l u j o d e C a r g a Ó p t i m o
T r a i n i n g M a t e r i a l O P F
 Actualizar la base de datos con el nuevo despacho de cargas y guardar solución como un nuevo
escenario.
 Imprimir un reporte de comparación de los dos escenarios (antes y después de la optimización) y
analizar las diferencias. Para ello deberá desactivar primero el caso de estudio, luego botón
derecho sobre el primer escenario, elegir “Comparar” y en la ventana emergente selección el
segundo escenario a comparar. PF imprimirá en la ventana de salida del programa un reporte de
comparación.
2.5 Minimización de Pérdidas
 Repetir el cálculo para la función objetivo: Minimización de Pérdidas.
 Comparar las pérdidas del sistema antes y después de la optimización. Definir para ello una hoja
de datos flexibles para las redes (grids) del proyecto y seleccionar allí la variable para las pérdidas
activas (MW) del sistema. En cuánto se consiguen reducir las pérdidas del sistema?
 Almacenar la solución como un nuevo escenario de operación.
 Compara este nuevo escenario con aquel que resultara de la optimización de los costos de
producción.
2.6 Flujo de carga óptimo DC (método lineal)
Para la optimización de los costos de generación se puede usar el flujo de carga DC (solución lineal) y
la optimización (OPF) lineal. Este método de cálculo no considera la potencia reactiva y las pérdidas
del sistema con lo cual se consigue linealizar las ecuaciones no lineales del flujo de carga AC.
 Calcular un flujo de carga óptimo con las siguientes opciones:
 Método de optimización DC (método de programación lineal LP)
 Función objetivo: Minimización de costos
 Controles: Despacho de la potencia activa de los generadores
 Límites (Constraints): Flujo de carga máximo por las ramas / Potencia activa de los
generadores
 Observar aquí que no aparecen las opciones ni de los límites ni de control de la potencia
reactiva y las tensiones. Esto es propio del análisis DC.
 Habilitar también el cálculo de los precios marginales de locación (LMP = Locational
Marginal Prices).
 Verificar en la ventana de salida cualquier mensaje de advertencia y/o error.
 Verificar (por ejemplo usando las opciones de coloreo) que se mantengan todas las condiciones
de borde impuestas.
 Verificar la solución propuesta comparando los costos de producción antes (despacho inicial, como
resulta del flujo de cargas) y después de la optimización (como resulta del cálculo de flujo
óptimo). En qué porcentaje se han reducido los costos de generación?
 Para todas las barras de 230 kV listar mediante una tabla de datos flexibles los costos marginales
de locación (LMP). Comparar estos resultados con el “lambda” del sistema (System lambda, esta
variable de cálculo se halla también disponible para las barras) y analizar los resultados. En qué
nodos del sistema aumentan los costos de generación como consecuencia de restricciones en el
sistema de transmisión de 230 kV?

8. F l u j o d e C a r g a Ó p t i m o
T r a i n i n g M a t e r i a l O P F
 Listar los “shadow prices” para las líneas de 230 kV. Identificar a partir de los “shadow prices” qué
líneas requerirían un aumento de su capacidad de transmisión a los efectos de disminuir los
costos de generación.
 Actualizar la base de datos con el nuevo despacho de cargas y guardar solución como un nuevo
escenario.

9. F l u j o d e C a r g a Ó p t i m o
T r a i n i n g M a t e r i a l O P F
2.7 Flujo de carga óptimo DC con restricción por contingencias
En el paso anterior se ha optimizado el despacho de las máquinas a los efectos de minimizar los
costos de generación. Este cálculo ha tenido en cuenta las restricciones en la capacidad de
transmisión del sistema. No obstante, la optimización fue llevada a cabo para el caso del sistema
operando en condición (n-0), vale decir, con todas las líneas de transmisión en servicio. En condición
de contingencias, se podrían exceder el límite de capacidad de algunas de las líneas.
La optimización DC ofrece la posibilidad de considerar restricciones por contingencias. Esto significa
que la solución encontrada durante la optimización de los costos de generación sea aún (n-1) segura.
En este ejercicio exploraremos esta solución.
 Para el escenario de generación optimizado en el punto anterior, calcular un análisis de
contingencias (n-1) para todas las líneas de 230 kV del sistema.
 Mediante un reporte de violaciones a los límites de carga identificar las contingencias críticas (se
excedan el límite de carga de los componentes).
 Recalcular a continuación el flujo de cargas óptimo DC habilitando la opción de restricción por
contingencias (Contingency Constrained DC Optimizacion).
 En “Contingency Analysis” seleccionar el comando de análisis de contingencias recientemente
ejecutado que se encuentra en el caso de estudio activo.
 Ejecutar la optimización DC.
 Observar el nuevo despacho de carga de los generadores.
 Guardar la solución de la optimización DC como un nuevo escenario de operación. Actualizar para
ello previamente la base de datos con las nuevas potencias activas de los generadores.
 Recalcular el análisis de contingencias para el despacho optimizado. Verificar la solución para las
contingencias críticas encontradas en el caso anterior.