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Power Factory

Guía Básica de Uso


                 DIgSILENT GmbH
   Heinrich-Hertz Str. 9 72810 Gomaringen, Germany
                 Tel. +49(0)7072/9168
              Fax +49(0)7072/9168-88
                http://www.digsilent.de
Power Factory: Guía Básica de Uso




CONTENIDO



1.    CARACTERISTICAS DEL PROGRAMA.........................................................................................2

2.    FUNCIONES PRINCIPALES Y ESPACIO DE TRABAJO.............................................................2

FIGURA 4. MENÚ CALCULATION .........................................................................................................6

FIGURA 5. MENÚ DATA............................................................................................................................7

FIGURA 6. MENÚ OUTPUT.......................................................................................................................7

FIGURA 7. MENÚ OUTPUT/SINGLE LINE GRAPHIC ........................................................................8

FIGURA 8. MENÚ OPTIONS .....................................................................................................................9

3. ADMINISTRACIÓN DE INFORMACIÓN .........................................................................................11

4. MÓDULO DE FLUJO DE CARGA ......................................................................................................16

5. MODULO DE CORTO CIRCUITO .....................................................................................................23

6. MÓDULO DE ESTABILIDAD..............................................................................................................28

7. MÓDULO DE PROTECCIONES .........................................................................................................38

8. MÓDULO PARA EL CÁLCULO DE ARMÓNICOS.........................................................................39




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Power Factory: Guía Básica de Uso


1.   CARACTERISTICAS DEL PROGRAMA

El DIgSILENT Power Factory es una herramienta integrada para el análisis de sistemas eléctricos de
potencia caracterizando técnicas confiables y flexibles de modelado y algoritmos. Ha sido desarrollado con
la nueva tecnología de programación orientada a objetos y lenguaje de programación C++. Logra el mejor
compromiso entre flexibilidad ilimitada y requerimientos de fácil manejo, siendo completamente
compatible con Windows 95/98/NT y 2000.

2.   FUNCIONES PRINCIPALES Y ESPACIO DE TRABAJO

2.1 Funciones:

•    Flujo de potencia AC/DC
•    Análisis de Corto Circuito VDE/IEC
•    Fallas generales/Análisis de Eventos
•    Simulación dinámica (RMS)
•    Simulación de Transitorios Electromagnéticos EMT
•    Análisis de Eigenvalores
•    Reducción de redes
•    Coordinación de Relés de protección
•    Chequeo de la respuesta de unidades de Protección
•    Análisis Armónico
•    Cálculo de Confiabilidad
•    Despacho Económico
•    Interfases SCADA / GIS
•    Lenguajes DSL ++ y DPL
•    Diagramas unifilares del sistema modelado
•    Diagrama de configuración de subestaciones
•    Instrumentos virtuales para visualizar resultados
•    Interface A/D Medinas 2000 A/D


Todas estas funciones tienen acceso a una base de datos relacional rápida y común, con un sistema
integrado de manejo de casos de estudio y escenarios de sistemas. Algunas características adicionales
incluidas:

•    Capas múltiples integradas, ventanas múltiples para ver simultáneamente diagramas unifilares u
     diagramas de subestaciones.

•    Generación automática de configuración de subestaciones acorde al manual de la ABB con 5
     configuraciones básicas, que pueden ser editadas de acuerdo a las especificaciones requeridas por el
     usuario.

•    El sistema más moderno de ventanas con un administrador de datos integrado (Data Manager).

•    Un administrador del sistema, con filosofía de manejo no redundante para la definición de casos de
     estudio y escenarios del sistema.

•    Cálculo de parámetros (OHLs, cables, maquinas, etc.).

2.2. Espacio de trabajo

El programa utiliza un ambiente de trabajo muy similar al que se utiliza en Windows, las ventanas más
importantes se muestran en la Figura 1.


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• Ventana principal (1)
• Ventana del administrador de datos (Data Manager) (2)
• Ventana gráfica (3)
• Ventana de salida (4)
También podemos observar la barra de título, la barra del menú principal y la barra de estado.

Comencemos por estudiar los submenús que se encuentran en la barra del menú principal.

2.2.1. File

En la Figura 2 se observa el despliegue del menú file en el menú principal.


2.2.1.1. Examples

Contiene ejemplos de diversos sistemas (transmisión, distribución) con aplicación de los programas de
flujo de carga; análisis de cortocircuito y cálculo de transitorios.

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                                       Figura 1. Espacio de trabajo

2.2.1.2. Setup Tutorial

Acceso a un tutorial preparado para las funciones básicas del programa.



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                                            Figura 2. Menu File

2.2.1.3. New, Open, Close Project

Funciones para crear, abrir y cerrar proyectos de trabajo.

2.2.1.4. Open Graphic

Función para abrir un diagrama unifilar existente.

2.2.1.5. Open New Data Manager

Acceso al administrador de datos del DIgSILENT.

2.2.1.6. Open New Text Editor

Acceso al text editor del DIgSILENT.

2.2.1.7. Conversion

Función para convertir archivos que se encuentran en la versión 10.3xx, PSS/E, PSS/U, NEPLAN, GIS,
NETCAL y SQD a la nueva versión.

2.2.1.8. Import, Export

Funciones para exportar e importar los archivos generados (*.dz). Con esto se puede mantener un backup
de la información generada o poder realizar el intercambio de información, en el evento de no tener una
base de datos centralizada.

2.2.1.9. Print, Page Setup, Printer Setup

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Acceso para definir funciones y configuración de impresión.

2.2.2. Edit

En la Figura 3 se observa el despliegue del menú Edit.




                                           Figura 3. Menu Edit

2.2.2.1. Single Line Graphic

Se tiene acceso a las propiedades de los diagramas unifilares de los casos que se encuentren activados y a
funciones como copiar, cortar, pegar, deshacer, borrar y seleccionar.

2.2.2.2. Output Window

Cuando está maximizada la ventana de salida (ourput window) y con un click derecho en la misma, es
posible realizar funciones como: definir los settings de los mensajes que aparecen en la pantalla, editar,
copiar, seleccionar y abrir el editor para modificar los settings del texto.

2.2.2.3. Project

Para definir áreas nuevas de trabajo (grids) o casos nuevos de estudio en el proyecto activo.

2.2.2.4. _Study Case

Edita el caso de estudio activo. En esta opción es posible: cambiar el nombre, mirar el contenido del caso
de estudio, saber cuántas áreas y escenarios están asociados al caso de estudio activo y definir los prefijos
de las unidades (Voltios, Amperios y Voltiamperios).

2.2.3. Calculation

En la Figura 4 se puede observar el despliegue del menú Calculation.




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                                        Figura 4. Menú Calculation

2.2.3.1. Load Flow

Con esta opción se accede a la pantalla flotante del flujo de carga y sus opciones respectivas, por ejemplo:
Flujo de carga con dependencia de la tensión, adaptación automática de modelos, sistemas balanceados o
desbalanceados, ajuste automático de taps de transformadores, etc.

2.2.3.2. Short Circuit

Acceso a la pantalla flotante del módulo de análisis de fallas y las funciones respectivas, por ejemplo:
Método de solución y cálculo de las fallas (IEC, VDE), barras bajo falla, tiempo de interruptores, corrientes
de corto, factores de corrección por tensión, consideración de motores, etc.

2.2.3.3. Stability

Para acceder a las funciones propias del módulo de estabilidad, como son: la comprobación de las
condiciones iniciales, la definición de los tiempos de arranque y paro de la simulación, análisis modal u de
identificación de parámetros.

2.2.3.4. Harmonics

Acceso a la máscara flotante del módulo de Armónicos, con funciones particulares como por ejemplo:
Cálculo de THD bajo las normas IEEE o DIN, característica de Impedancia – Frecuencia, distribución de
las fuentes de tensión – corriente de armónicos.

2.2.3.6. Protection

Acceso a la ventana flotante para ejecución de un estudio de coordinación de protecciones.

2.2.3.7. Tower Types

Definición del tipo de torre asociado a una línea.

2.2.3.8. Optimal Power Flow

Función para realizar un flujo de carga óptimo, definiendo valores al despacho de potencia activa, así como
factores varios de penalización.


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2.2.3.9. Reset Calculation

Borra de la memoria los cálculos realizados hasta el momento.

2.2.4. Data
En la Figura 5 se observa el despliegue del menú Data.




                                           Figura 5. Menú Data

2.2.4.1. Stability

Con esta opción es posible seleccionar las variables que se quieren monitorear y también editar los eventos
para la simulación de estabilidad.

2.2.4.2. Harmonics

Definición de los datos necesarios para el estudio de armónicos, fuentes de corriente, tablas de frecuencia,
etc.

2.2.5. Output




                                          Figura 6. Menú Output

En la Figura 6 se observa la pantalla con el menú de Output desplegado.

En al pantalla se especifican a gusto del usuario la presentación de los resultados y los análisis particulares
de cada una de las funciones estudiadas, por ejemplo: flujo de carga, cortocircuito, estabilidad, etc.

2.2.5.1. Single Line Graphic




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                              Figura 7. Menú Output/Single Line Graphic

Este menú se emplea para modificar los atributos específicos de presentación en los diagramas unifilares,
filtros de colores para los niveles de tensión, y el bloque de leyendas.

2.2.5.2. Results for Edge Elements

Para configurar el tipo de resultados que se presentan en los elementos de rama en el diagrama unifilar. Es
posible seleccionar resultados predefinidos como son: Cargabilidad de la línea; potencias activa, reactiva o
aparente; tiempo de operación de relés; nombre de la protección asociada; o elegir algunos formatos que
son editables por el usuario.

2.2.5.3. Results for Buses

Es posible elegir que se presenten las tensiones fase-fase o fase-neutro de las barras o elegir una máscara de
resultados para las barra, la cual es editable.

2.2.5.4. Documentación of Device Data

Con esta función podemos obtener una lista en la ventana de salida de todos los elementos, por ejemplo: si
el elemento es un transformador, el usuario puede solicitar datos del mismo como: tipo, grupo de conexión,
niveles de tensión, número de taps, etc.

2.2.5.5. Comparing of Results on/off

Con esta función podemos obtener una lista en la ventana de salida de todos los elementos, por ejemplo: si
el elemento es un transformador, el usuario puede solicitar datos del mismo como: tipo, grupo de conexión,
niveles de tensión, número de taps, etc.

2.2.5.6. Edit comparing of Results

Sirve para ajustar los rangos de desviación de las variables antes mencionadas y así asignarle un color a
cada uno para que sea mostrado en el diagrama unifilar.

2.2.5.7. Load Flow/Short – Circuit

Es posible después de haber montado un sistema, obtener una lista de las áreas que están aisladas y de los
elementos que por cualquier motivo no conectamos. También después de haber corrido un flujo de carga o
un corto circuito podemos obtener un reporte en la ventana de salida, escogiendo qué resultados deseamos
ver.


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Power Factory: Guía Básica de Uso


2.2.6.   Options




                                          Figura 8. Menú Options

Se definen los settings del usuario para los diagramas unifilares, formatos del dibujo y activación o
desactivación de las herramientas de dibujo en los diagramas unifilares.

2.2.7.   Window




                                          Figura 9. Menú Window

Para el manejo de las ventanas en la plataforma de trabajo, personalización de los iconos y espacio de
trabajo se emplean las funciones dentro del menú: ARRANGE ICONS, ARRANGE WINDOWS, TILE
HORIZONTALLY, TILE VERTICALY, CASCADE, son comandos esencialmente para organizar las
ventanas y su distribución dentro del espacio de trabajo.

2.2.7.1. Save Workspace

Para salvar una distribución particular del espacio de trabajo definida por el usuario.

2.2.8.   Help




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                                           Figura 10. Menú Help

En la Figura 10 se puede observar el despliegue del Menú Help en la barra de menú principal.

2.2.8.1. Getting Started

Permite el acceso directo al material de ayuda en línea para el usuario inicial.

2.2.8.2. User Manual

Comando para acceder al manual del usuario básico.

2.2.8.3. Technical Reference

Comando para acceder a la ayuda en línea, sobre el soporte técnico de los distintos tópicos del programa.
Por ejemplo: funciones de cálculo, modelación de subestaciones, modelos de elementos, etc.

2.2.8.4. Frequently Asked Questions – FAQS –

Permite el acceso a la respuesta de algunas de las preguntas más recientes que se presentan al comenzar la
interacción con el programa.

2.2.8.5. About DigSILENT

Abre una ventana que presenta información correspondiente a la versión del programa que está siendo
empleada, los derechos de autor y los módulos disponibles en la versión que se está trabajando. Además
nos puede dar información acerca de si estamos en modo DEMO VERSION; es decir, si el programa no
pudo leer la licencia.




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3. ADMINISTRACIÓN DE INFORMACIÓN

Los sistemas de potencia eléctricos se caracterizan por estar acompañados de muchos elementos los cuales
a su vez contienen o están definidos por muchas variables internas. El objetivo del Data Manager es
facilitar la administración de la información a los usuarios finales, es por eso que tiene definida una
estructura jerárquica de información, en la cual se identifican las siguientes secciones principales. Ver
Figura 11.

•   Examples
•   System
•   User




                             Figura 11. Data Manger carpetas principales.




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Power Factory: Guía Básica de Uso


Dentro de las carpetas Examples se resaltan los ejemplos de sistemas de transmisión AC y DC, sistemas de
distribución, protecciones, armónicos y estabilidad. La carpeta contiene subcarpetas como Librería,
papelera de reciclaje, formatos, settings y otras, las cuales contienen información básica para el
funcionamiento del programa. En la carpeta usuario se espera que sean administrados los casos
desarrollados y en el cual puede estar contenida la base de datos desarrollada por el usuario del sistema.

3.1. Administración de los proyectos

Un buen concepto sobre manejo de información y ejecución de estudios requiere básicamente los siguientes
ítems:

•   Definición de casos bases de un sistema eléctrico de potencia.
•   Cuando son requeridas divisiones de áreas eléctricas del sistema, tener muy claras las pautas para la
    generación de dichas divisiones.
•   Crear los casos de estudio que sean necesarios asociando los resultados particulares que se requieran a
    los elementos eléctricos en la red.
•   Activar los casos de estudio y realizar la ejecución de los módulos del programa.
•   Generar los reportes necesarios para el análisis y presentación de resultados.

3.2. Generación de un System Stage

Por System Stage dentro del DIgSILENT Power Factory se entiende la modificación hecha sobre una red
eléctrica (Grid), la cual toma en principio la topología de datos de la red original. Se puede decir que un
System Stage es una derivación de la red inicial. Esta modificación puede ser una expansión o disminución
de la red (entrada o salida de elementos), una variación en la demanda, cambio de parámetros de un
elemento, etc.

Para crear un System Stage se procede ubicando el cursor sobre la red eléctrica seleccionada para este
efecto y con un click derecho se despliegan las opciones, seleccionanado New / System Stage, como se
muestra en la Figura 12.




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Power Factory: Guía Básica de Uso




                       Figura 12. Despliegue para crear un nuevo System Stage.

A continuación se le define nombre a esta modificación de red. Al hacer este proceso y teniendo activado el
System Stage, la información contenida en la red inicial se desplaza en su totalidad para el System Stage
creado. La comparación de las dos condiciones: antes y después de la creación se muestra en la Figura 13.

Cualquier modificación hecha en el System Stage sobre la red original, genera un historial, al cual es
posible acceder. Para tener dicha información disponible es necesario ejecutar la opción History al ubicar
el curso sobre el System Stage en cuestión y dar un click derecho; la información aparece en la ventana de
salida




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Power Factory: Guía Básica de Uso




                  Figura 13. Comparación de Data Manager con nuevo System Stage.

3.3. Generación de un nuevo caso de estudio

Al crear un nuevo proyecto por defecto el DIgSILENT Power Factory crea un caso de estudio. Como se
describió anteriormente, uno de los componentes del caso de estudio es el Summary Grid (Resumen de
redes), el cual contiene las redes que se solucionarán en los distintos módulos del programa. Para la
creación de un nuevo caso de estudio, se ubica el puntero sobre el proyecto y con un click derecho se
despliegan las distintas opciones utilizando New / Study Case. A este nuevo caso de estudio se le asignan
los System Stage generados dentro de las redes originales, los cuales constituyen un caso con la topología
de la red inicial y una proyección de demanda. Con este caso activado y al correr flujo de carga se pueden
observar sobrecargas en los elementos.

Para solucionar esto, es necesario hacer los refuerzos en transformación identificados en los flujos de carga
anteriores, los cuales son a su vez una modificación sobre el sistema original (sistema con proyección de
demanda). Así es necesario generar un nuevo System Stage dentro del ya creado, para realizar en ellos los
refuerzos de transformación necesarios. Para solucionar estas redes es necesario generar un nuevo caso de
estudio, el cual tendrá en su Sumary Grid los últimos System Stages generados. Ver Figura 14.



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Power Factory: Guía Básica de Uso




                         Figura 14. Data Manager con nuevos casos de estudio.

Al activar el último caso de estudio se puede verificar la condición resultante con la proyección de
demanda y con los refuerzos de transformación.




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Power Factory: Guía Básica de Uso




4. MÓDULO DE FLUJO DE CARGA

Como es sabido, el problema de flujos de carga comprende el cálculo de los flujos de potencia y las
tensiones en un sistema bajo condiciones normales de operación. La mayor parte de los sistemas de
transmisión están bien balanceados y una representación monofásica de la red puede ser usada en este caso.
En sistemas de distribución, sin embargo, el sistema no es balanceado, lo cual requiere de una
representación completa (trifásica) de la red. El módulo de flujo de carga del DIgSILENT ofrece ambos
cálculos.

La solución del flujo de cargas es esencial para las continuas evaluaciones de los sistemas de potencia
durante los periodos de planeación y operación. Las alternativas y escenarios son analizados usando
numerosos flujos de carga en condiciones normales y de contingencia. Toda la interacción de los elementos
del sistema de potencia (tales como límites de capacidad de los generadores, límites en los cambiadores de
taps de los transformadores, límites térmicos en las líneas de transmisión, etc.) puede ser usada en cada
caso.

El DIgSILENT utiliza un método sofisticado combinado con el método de Newton Raphson para
garantizar que el flujo de cargas siempre converja. En una configuración de un sistema de potencia donde
no exista solución, por ejemplo, donde la capacidad de transporte de la línea sea sobrepasada por la carga
demandada, el algoritmo de flujo de carga trata de adaptar las características de los modelos de tal manera
que la solución, la cual todavía mantiene la ley de corrientes de Kirchhoff pueda ser encontrada.

Esta adaptación es hecha usando los modelos de niveles predefinidos:
• El nivel 1 y 2: Todas las cargas se hacen dependientes de la tensión.
• Nivel Lineal: Todas las cargas son impedancias constantes, todas las máquinas son fuentes de tensión
    (es decir, se linealizan todos los modelos).

Para presentar el manejo del módulo de Flujo de Carga, utilizaremos el sistema de PEMEX. Vamos
entonces a activar el Study Case de nominado “Study Case”. Antes de realizar cualquier tipo de flujos de
carga debe estar un caso de estudio (Study Case) activado (es decir, el icono en rojo), con al menos un área
(Grid) o escenario de Sistema (System Stage) también activo; esto lo podemos observar en la Figura 15.




                         Figura 15. Proyecto, caso de estudio y área activados.

Una vez activado el proyecto, nos ubicamos en la venta gráfica y observamos el diagrama unifilar.

Un flujo de carga puede ser iniciado utilizando el botón de la barra de herramientas o utilizando el menú
Calculation del menú principal como se muestra en la Figura 16 y en la Figura 17.




                                                     16
Power Factory: Guía Básica de Uso


Al seleccionar flujo de carga aparece la ventana de cálculo de flujo de carga con las diferentes opciones.
Ver la Figura 18.




                        Figura 16. Botón para iniciar cálculo de Flujo de Carga.




                        Figura 17. Menú para iniciar cálculo del Flujo de Carga.

4.1. Basic Options

4.1.1. Network Representation

Puede ser usada una representación monofásica de la red, válida para redes simétricas balanceadas o una
representación trifásica completa de un sistema no balanceado.




                                                     17
Power Factory: Guía Básica de Uso




                        Figura 18. Ventana para el cálculo del Flujos de Carga.

4.1.2. Automatic Tap Adjust of Transformers

Con esta opción deshabilitada, el ajuste de los Taps de los transformadores no será alterado.

4.1.3. Consider Reactive Power limits
Los límites de potencia reactivos no son considerados deshabilitando esta opción.

4.1.4. Automatic Model Adaptation for Convergency
La función del Flujo de Carga del DIgSILENT siempre trata primero de encontrar una solución con los
modelos matemáticos no lineales del sistema de potencia. Si tal solución no puede ser encontrada y esta
opción es habilitada, un algoritmo adaptativo cambiará estos modelos haciéndolos más lineales, hasta
encontrar una solución. La adaptación de los modelos es reportada en la ventana de salida.

4.1.5. Consider Voltage Dependency of Loads
Deshabilitando esta opción se hará que todas las cargas sean independientes de la tensión sin importar el
ajuste individual de las cargas.


4.1.6. Calculate dv /dQ Sensitivities

Si esta opción está activada, entonces aparecerá calculada para cada bqarra la cantidad dv/dQ y esta podrá
ser visualizada en las cajas de resultados del diagrama unifilar o en la página flexible del Data Manager, su


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Power Factory: Guía Básica de Uso


unidad es [p.u/Mvar]. Esta cantidad muestra la variación de la tensión en la barra con la inyección de
potencia reactiva (este se podría utilizar para resolver el problema de la ubicación de un capacitor).

4.1.7. Outage_Simulation (n-1)
Esta opción realizará un flujo de carga sacando un elemento a la vez de los que estén seleccionados en la
lista. Los resultados de estos flujos de carga serán reportados en la ventana de salida. La lista de elementos
seleccionados debe ser dada en la página de diálogo Verification/Outage Simulation.

4.1.8. Verification

Esta opción produce una tabla en la ventana de salida de los objetos sobrecargados. Los límites son
ajustados en la página Verificacion/Outage Simulation.

4.2. Advanced Options

La función del Flujo de Carga utiliza el método iterativo de Newton Raphson, para el cual el número de
iteraciones puede ser ajustada. Los valores normales son un máximo de 55 iteraciones para cálculos de lazo
inferior y 5 para exterior.
El máximo error aceptable en el Flujo de Carga para cada barra es de 1 kVA y para los modelos de
ecuación es de 0.1%. La figura 19 muestra esta ventana.

4.2.1. Relaxation factor

Factor para controlar el algoritmo de Newton-Raphson en caso de problemas de convergencia. La iteración
de pasos sucesivos de Newton-Raphson puede ser reducida (factor <0).

4.2.2. Number of Stairs

También usado en caso de problemas de convergencia, la potencia aparente de todas las cargfas será
incrementada en n pasos, desde 1/n hasta n/n del valor nominal. Por ejemplo, si el Number of Stairs es
ajustado a 5, entonces todas las cargas serán ajustadas primero al 20% de su valor nominal e incrementado
hasta ser alcanzado el 100%.

Nota: En caso de que el flujo de carga no converja se recomienda hacer lo siguiente:
• Seleccionar Power balance en lugar de Current balance.
• Incrementar el Number of Stairs.
• Reducir el Relaxation Factor, mientras se incrementa el máximo número de interaciones.

4.3. Verification Outage Simulation

En esta se ajustan los límites de los elementos que queremos que sean reportados en la ventana de salida, si
sobrepasan dichos ajustes. Ver la Figura 20.

Luego de seleccionar la opción deseada para correr Flujo de Carga oprimimos el botón Execute. La
solución se puede observar en las cajas de resultados del diagrama unifilar en la ventana gráfica o en la
ventana de salida. Esta última opción es posible, definiendo qué tipo de reporte queremos obtener; para ello
utilizamos el menú Output del menú principal, luego la opción Load Flow/Short-Circuit/Analysis y
obtenemos la ventana que se muestra en la Figura 21.




                                                      19
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  Figura 19. Ventana de diálogo para Opciones Avanzadas.




Figura 20. Ventana de diálogo Verification Outage Simulation.




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Figura 21. Ventana de diálogo para definir los Resultados en la ventana de salida.




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5. MODULO DE CORTO CIRCUITO

Un cálculo de corto circuito puede ser necesitado durante el diseño de un sistema de potencia, para
dimensionar subestaciones, elegir topologías, equipos de la red, etc. Estos deben ser elegidos para funcionar
correctamente en condiciones normales de operación y además ser capaces de soportar condiciones de falla
en el sistema (corto circuitos por ejemplo). Algunas aplicaciones típicas en Sistemas Eléctricos de Potencia
son:

•   Chequeo de la capacidad de resistencia térmica de los componentes del Sistema.
•   Selección y ajuste de dispositivos de protección.
•   Determinación de la resistencia mecánica de los elementos del sistema.
•   Cálculo de fallas que deben ser comparadas con los rangos de interrupción de los interruptores.
•   Dimensionamiento de dispositivos de puesta a tierra para subestaciones.

El corto circuito es básicamente un fenómeno de corta duración, porque los dispositivos de protección
aislan el elemento fallado usualmente entre 2 y 3 segundos después del inicio del evento.

El comportamiento de la máquina síncrona durante el corto circuito puede ser descrito por el incremento
sucesivo de tres valores de la reactancia del devanado del estator.

•   Las reactancias subtransitorias x”d y x”q las cuales determinan el flujo de corriente en los primeros
    ciclos.
•   Las reactancias transitorias x´d y x´q las cuales son efectivas a partir de un segundo o más en adelante,
    dependiendo del modelo de la máquina.
•   Las reactancias subtransitorias xd y xq las cuales determinan el flujo de corriente en estado estable.

De acuerdo a la variación de la reactancia antes definida, el valor de corriente correspondiente va
decayendo así:

•   I”k: Corriente subtransitoria de corto circuito.
•   I´k: Corriente transitoria de corto circuito.
•   Ik: Corriente de estado estable de corto circuito.

El DIgSILENT ofrece los métodos de cálculo de corto circuito de acuerdo a la norma Alemana VDE 0102,
norma internacional IEC 909 y ANSI IEEE.

5.1. Suposiciones hechas para el cálculo de la corriente mínima de corto circuito

•   El factor de tensión c es ajustado a cmin.
•   Los motores no se tienen en cuenta.
•   Las líneas de transmisión se asume que están en un máxima temperatura (la resistencia es calculada de
    acuerdo a esta temperatura Rline).

5.2. Suposiciones hechas para el cálculo de la corriente máxima de corto circuito

•   El factor de tensión c es ajustado a cmax.
•   Los motores asincrónos son:
    - Siempre considerados, su impedancia interna es usada.
    - Ignorarlos automáticamente olvidados cuando la suma de las corrientes nominales de los motores
         es menor que el 1% de la corriente de corto circuito sin la influencia de los motores.
    - No tenidos en cuenta cuando su combinación es menor que el 1% o cuando el usuario decido no
         usarlos para el cálculo.

En el DIgSILENT un cálculo de corto circuito puede ser realizado de varias formas:


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•   Presionando el botón de cálculo de corto circuito en la barra de herramientas en el menú principal. Ver
    la Figura 22.




                       Figura 22. Botón para editar la ventana de corto circuito.

•   Seleccionando la opción Calculation/Short-circuit en el menú principal. Ver la Figura 23.




                      Figura 23. Opción para editar la ventana de corto circuito.

•   Seleccionando una barra o línea en el diagrama unifilar y haciendo click derecho sobre ella, luego
    seleccionamos la opción Calculate Short-circuit. Ver la Figura 24.




                      Figura 24. Opción para editar la ventana de corto circuito.

En la ventana de corto circuito podemos observar las opciones básicas y las opciones avanzadas para el
cálculo. Ver la Figura 25.



                                                    23
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                   Figura 25. Ventana para el cálculo de corto circuito Basic Options.

5.3. Basic Options

5.3.1. Method

El DIgSILENT ofrece cuatro métodos para el cálculo:
• De acuerdo a la norma Alemana VDE.
• De acuerdo a la norma Internacional IEC.
• De acuerdo a la norma ANSI IEEE.
• Un método completo el cual considera los resultados del flujo de carga antes de la falla.

5.3.2. The Fault Type

Los siguientes tipos de falla estánn disponibles:
• Trifásica.
• Bifásica.
• Monofásica a tierra.
• Bifásica a tierra.

5.3.3. Calculate
Aquí podemos escoger entre:
• Corriente máxima de corto circuito.
• Corriente mínima de corto circuito. Esta opción no está habilitada en el caso de método completo de
     corto circuito.

5.3.4. Short – Circuit Duration


                                                    24
Power Factory: Guía Básica de Uso


Se pueden ajustar los tiempos de despeje de la falla (retardo de la protección) y el de interrupción de la falla
(retardo de suicheo).

5.3.5. Output
Esta opción nos permite guardar los resultados del último cálculo de corto circuito que hallamos hecho y
poderlos obtener como un reporte en la ventana de salida, tal y como se hace en el programa de flujo de
carga descrito anteriormente.

5.3.6. Fault Location
Con esta opción podemos escoger el lugar de la falla o definir que se hagan fallas en todas la terminales del
sistema en consideración.

5.4. Advanced Options
Las opciones avanzadas de corto circuito son usadas para ajustar más los cálculos. Ver figura 26.




                Figura 26. Ventana para el cálculo de corto circuito Advanced Options.

5.4.1. Grid Identification
La norma IEC define varios cortocircuitos según la conexión de la fuente:
• Corto circuito alimentado por una sola fuente.
• Corto circuito alimentado de fuentes no enmalladas.
• Corto circuito en redes enmalladas.

Si ajustamos el Grid Identification en Automatic, el DIgSILENT detecta automáticamente la conexión
de las fuentes en el corto circuito. Dependiendo de la conexión de las fuentes la norma IEC las corrientes
Ip, Ib, Ik son diferentes métodos.




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Si lo ajustamos a Always Meshed, el corto circuito será calculado siempre con el método de redes
enmalladas.

5.4.2. c-Voltage Factor
Este factor puede ser ajustado manualmente. Su valor ya fue explicado en secciones anteriores.

5.4.3. Decaying Aperiodic Component
Permite el cálculo de la componente DC de la corriente de corto circuito para la cual el tiempo de
decaimiento debe ser dado.

5.4.4. Conductor Temperature
La temperatura del conductor (antes de la falla) puede ser ajustada manualmente. Esto influirá en la
temperatura máxima calculada de los conductores, como la causada por las corrientes de corto circuito.

5.4.5. Asynchronous Motors
La influencia en las corrientes de corto circuito de los motores asincrónicos puede ser considerada siempre,
ignorados automáticamente o el usuario puede elegir la opción de confirmar al usuario si no fueron tenidos
en cuenta dichos motores.

5.4.6. Ik Calculation according DIgSILENT Method
Esta opción permite estimar mejor las corrientes de corto circuito en estado estable en caso de que la carga
de motores asincrónicos sea baja.

5.5. Análisis de resultados
Luego de seleccionar las condiciones para el cálculo del corto circuito oprimimos el botón Execute. La
solución se puede observar en las cajas de resultados del diagrama unifilar en la ventana gráfica o en la
ventana de salida. Esta última opción es posible, definiendo qué tipo de reporte queremos obtener, para ello
utilizamos el menú Output del menú principal, luego la opción Load Flow/Short-Circuit/Analysis y
obtenemos la ventana que se muestra en la Figura 27.




                  Figura 27. Opción para el análisis de flujo de carga y corto circuito.




                                                     26
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6. MÓDULO DE ESTABILIDAD

6.1. Introducción
Un sistema de potencia está en una condición de operación de estado estable si todas la cantidades físicas
que se miden (o se calculan) y que describen la condición de operación del sistema, se pueden considerar
constantes para propósitos de análisis. Si cuando se está en una condición de estado estable, ocurre un
cambio repentino o una secuencia de cambios en uno o más parámetros del sistema, o en una o más de sus
cantidades de operación, se dice que el sistema experimenta un disturbio de su condición de operación de
estado estable. Los disturbios pueden ser grandes o pequeños de acuerdo con su origen. Un disturbio
grande es uno para el cual las ecuaciones no lineales que describen la dinámica del sistema de potencia no
se pueden linealizar de forma válida para los propósitos de análisis. Las fallas en los sistemas de
transmisión, los cambios repentinos de carga, las pérdidas de unidades generadoras y las maniobras en
líneas son ejemplos de disturbios grandes. Si el sistema de potencia está operando en una condición de
estado estable y experimenta un cambio que se pueda analizar de manera apropiada a través de versiones
linealizadas de sus ecuaciones dinámicas algebraicas, se dice que ha ocurrido un disturbio pequeño. Un
ejemplo de un disturbio pequeño puede ser el cambio en la ganancia de un regulador automático de voltaje
en el sistema de excitación de una gran unidad generadora. El sistema de potencia es estable en su estado
estable para una condición de operación particular de estado estable si, después de que ocurre un disturbio
pequeño, regresa esencialmente a la misma condición de operación de estado estable. Sin embargo, si
después de un disturbio grande, se alcanza una condición de operación significativamente diferente, pero de
estado estable aceptable, se dice que el sistema es transitoriamente estable.

En todos los estudios de estabilidad, el objetivo es determinar si los rotores de las máquinas que están
siendo perturbadas regresan a una operación con velocidad constante.

6.2. Transitorios
La función de simulación de transitorios del DIgSILENT analiza el comportamiento dinámico de un
sistema de potencia en el dominio del tiempo. Los transitorios en un sistema eléctrico de potencia pueden
ser:
• Término corto (short-term), o transitorios electromagnéticos.
• Término medio (Mid-term), o transitorios electromecánicos.
• Termino largo (Long-term).

El DIgSILENT cubre todo el rango de fenómenos de transitorios en sistemas eléctricos de potencia, por lo
tanto existen tres funciones para simulaciones disponibles:

6.2.1. Función básica
Esta función básica utiliza un modelo (RMS) de red simétrica de estado estable para transitorios mid – term
y long – term bajo condiciones balanceadas. Esta función usa una representación simétrica de estado
estable de la red eléctrica pasiva. Usando esta representación solamente las componentes fundamentales de
tensión y de corriente son tomadas en cuenta. Dependiendo de los modelos usados de generadores, motores,
controladores, plantas de potencia y máquinas manejadoras de motores, los siguientes estudios pueden ser
realizados:

• Estabilidad transitoria (determinación del tiempo crítico de aclaración de la falla).
• Estabilidad de término medio (midterm, optimización de la reserva rodante y desconexión de carga).
• Estabilidad oscilatoria (optimización de dispositivos de control).
• Arranque de motores (determinación de tiempos de arranque y caídas de tensión).
• Varios eventos pueden ser introducidos:
Arranque y/o pérdida de generadores o motores.
Desconexión de carga.
Switcheo de líneas y transformadores.
Corto circuitos simétricos.
Inserción de elementos de red.
Variación de puntos de ajuste de controladores.


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Cambio de algunos parámetros del sistema.

6.2.2. Función trifásica
Una función trifásica que usa un modelo (RMS) de red en estado estable para transientes mid-term y long-
term para condiciones balanceadas y desbalanceadas de la red. Con esta función podemos simular además
de los eventos listados arriba, los siguientes:
• Corto circuitos monofásicos a tierra
• Corto circuitos bifásicos a tierra
• Corto circuitos fase-fase
• Interrupciones monofásicas de línea

6.2.3. Función de transitorios electromagnéticos
Una función de transitorios electromagnéticos con un modelo (EMT) dinámico para transientes
electromecánicos y electromagnéticos bajo condiciones balanceadas y desbalanceadas de la red. Las
tensiones y corrientes son tratadas aquí por sus valores instantáneos, tanto que la conducta dinámica de los
elementos pasivos de la red es tomada en cuenta. Esta habilidad es necesaria para aplicaciones como:
• Componentes DC y armónicas de corrientes y tensiones.
• Conducta exacta de inversores de máquinas.
• Conducta exacta de HVDC en sistemas de transmisión.
• Fenómeno de sobretensiones en dispositivos de interrupción.

Debido a que la red eléctrica es representada complemente en el dominio de la frecuencia, todos los eventos
descritos, simétricos y asimétricos, pueden ser simulados.

6.3. Cálculo de transitorios
Basados en el cálculo de flujossde carga resuelto, la función de simulación del DIgSILENT determina las
condiciones iniciales de todos los elementos del sistema de potencia, cumpliendo con el requerimiento de
que las derivadas de todas las variables de estado, cargas, máquinas, controladores, etc., sean cero. También
está determinado qué tipo de representación de red debe ser usada para una análisis más amplio, cuál es el
tamaño de los pasos de integración a usar, cuáles son los eventos a manejar y dónde almacenar los
resultados.
La simulación usa un procedimiento iterativo para resolver el flujo de carga AC de la red y un modelo
dinámico de integración de variables de estado simultáneamente.

El proceso completo para realizar una simulación de transitorios comprende los siguientes pasos:
• Cálculo de flujo de carga
• Cálculo de valores iniciales, el cual puede incluir la creación de una nueva definición de resultados o
    una nueva definición de eventos para la simulación.
• Correr la simulación
• Creación de planos para mirar gráficamente el resultado de las variables antes seleccionadas.

6.3.1. Cálculo de flujo de carga
Un cálculo normal de flujo de carga tiene que ser realizado primero para habilitar el cálculo de las
condiciones iniciales.

6.3.2. Cálculo de valores (condiciones) iniciales
Basados en el flujo de carga de la red, el estado interno de operación de las máquinas, cargas,
controladores, etc., tiene que ser determinado. Como un resultado de este paso, las tensiones de excitación
de generadores sincrónicos y los ángulos de las cargas, todas las variables de estado de controladores y
modelos de plantas de potencia, o cualquier otro dispositivo el cual directa o indirectamente inyecte
corriente a un nodo, está determinado.

El cálculo de condiciones iniciales puede realizarse de las siguientes maneras:




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Power Factory: Guía Básica de Uso


Presionando el botón Calculate inicitial conditions en la barra de herramientas del menú principal. Ver la
Figura 28.




                     Figura 28. Botón para el cálculo de corto condiciones iniciales.

O seleccionando la opción Calculation/stability/initial Conditions en el menú principal. Ver la Figura 29.




                       Figura 29. Opción para el cálculo de condiciones iniciales.

Al elegir algunas de estas dos opciones aparece la ventana para el cálculo de las condiciones iniciales. Ver
la Figura 30.




                                                     29
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                       Figura 30. Ventana para el cálculo de condiciones iniciales.

6.3.2.1. Basic options
Esta página es usada para seleccionar el método de simulación y la representación de la red.
El método RMS puede ser aplicado a redes balanceadas o desbalanceadas. El método EMT necesita una
representación trifásica de la red. La información será enviada a la ventana de salida para luego informar al
usuario que el cálculo de las condiciones iniciales ha sido realizado.

6.3.2.2. Step Sizes
El algoritmo de simulación usa el método de Newton Raphson basado en iteraciones para resolver
ecuaciones de redes acopladas.

El procedimiento de iteración e integración es controlado por las variables que se encuentran incluidas en
setp size:

•   dtgrd: Transiente electromecánico (sym, asm, vco, pss) (típico 0.01 sec.)
•   dtemt: Transiente electromagnético (típico 0.0001 sec.)
•   itrpx: Máximo número de iteraciones de estado sucesivas (típico 25)
•   dtpmu: Transientes término medio (pco, pmu, mdm) (típico 0.1 sec.)

6.3.2.3. Advanced Options
Las opciones avanzadas pueden ser usadas para ajustar la ejecución del algoritmo de simulación. Para
usuarios sin experiencia es recomendable que usen los valores típicos:
• errsm: Máximo error de iteración de ecuaciones nodales (típico 10*errlf)
• erreq: Máximo error de ecuaciones de modelo (típico 0.1%)
• itrlx: Máximo número de iteraciones (típico 25)
• itrjx: Límite de iteración para recomputar la matrix jacobina (típico 5)

                                                     30
Power Factory: Guía Básica de Uso




El factor de resolución de control del evento determina el espacio de tiempo, el cual es utilizado para
eventos de sincronización. Si dos o más eventos ocurren dentro del mismo espacio de tiempo, estos son
simulados simultáneamente. Un alto factor de resolución disminuye el espacio de tiempo. El típico valor de
0.1 (kres) es normalmente suficiente.

6.3.2.4. Edit result variables
Para realizar la simulación se requiere definir los elementos del sistema de potencia (generadores,
transformadores, elementos shunt, barras de subestaciones, etc.) que contienen las variables que deseo
monitorear; esto se hace presionando el botón Edit Result Variables en la barra de herramientas del menú
principal o seleccionando la opción Data/Stability/Result variables en el menú principal. Ver la Figura 31
y la Figura 32.




                        Figura 31. Botón para editar las variables de resultados.




                       Figura 32. Opción para editar las variables de resultados.

Una vez elegida esta opción se obtiene la siguiente ventana (ver la Figura 33).




                       Figura 33. Opción para editar las variables de resultados.

Para elegir un nuevo elemento presionamos el botón New Object mostrado en la Figura 33. Obteniendo
una nueva ventana donde vamos a seleccionar los elementos y escoger las variables. Ver la Figura 34.




                                                     31
Power Factory: Guía Básica de Uso




             Figura 34. Ventana para elegir las variables de los elementos a seleccionar.

Una vez en esta ventana, elegimos la página RMS Simulation, presionamos la flecha que señala hacia
abajo en la opción Object y luego elegimos Select para obtener la Figura 59. En la que podemos
seleccionar los elementos a los cuales les vamos a monitorear las variables.

6.3.2.5. Edit Simulation Events

Ahora vamos a definir los eventos que deseamos simular:

Para editar los eventos podemos presionar el botón Edit Simulation Events en la barra del menú principal.
Ver la Figura 35.




                              Figura 35. Ventana para elegir los eventos.

O seleccionar la opción Data/Stability/Events. Ver la Figura 36.




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                       Figura 36. Ventana para editar los eventos de simulación.

Al elegir cualquiera de las dos opciones obtenemos la siguiente ventana. Ver la Figura 37.




                                Figura 37. Lista de eventos seleccionados.

En esta podemos observar los eventos que propusimos anteriormente; para obtener un nuevo evento,
presionados el botón “New object” aparecerá una nueva ventana con una lista de eventos que se pueden
realizar, como eventos sobre la carga, salida de un elemento, ajuste de parámetros, ajuste del tamaño de los
pasos de integración, control sobre los interruptores, eventos de máquinas sincrónicas. Ver la Figura 38.




                                                     33
Power Factory: Guía Básica de Uso




                                         Figura 38. Lista de eventos.

Si elegimos, por ejemplo, evento de corto circuito, nos aparece otra ventana donde podemos definir el
tiempo de ejecución del evento, el objeto sobre el cual se realizará, el tipo de falla (en nuestro caso), y la
resistencia y reactancia de la falla. Ver Figura 39.




                     Figura 39. Ventana para la edición del evento de corto circuito.


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Power Factory: Guía Básica de Uso


Realizado esto, ya estamos listos para correr una simulación.

6.3.2.6. Start Simulation
Para comenzar la simulación podemos elegir la opción Calculation/Stability/Start Simulation. Ver la
Figura 40.




                              Figura 40. Opción para comenzar estabilidad.

O presionar el botón Start Simulation en la barra de herramientas. Ver la Figura 41.




                              Figura 41. Opción para comenzar estabilidad.

Después de seleccionar la opción, aparece una ventana en la que definimos el tiempo que debe durar la
simulación y si queremos que las variables seleccionadas salgan en la ventana de salida. Presionamos el
botón OK y la simulación comienza, los resultados aparecerán en la ventana de salida, si así lo quisimos.

6.3.3. Análisis de resultados
La solución se puede observar en las cajas de resultados del diagrama unifilar en la ventana gráfica, en la
ventana de salida y la representación gráfica de las distintas variables en el tiempo. Esta última opción es
posible, empleando la herramienta Virtual Instrument panel que trae el DIgSILENT




                                                      35
Power Factory: Guía Básica de Uso


7. MÓDULO DE PROTECCIONES

Los modelos de protección del DIgSILENT han sido implementados con la siguiente filosofía:
• El modelo podrá ser lo más real que sea posible.
• El usuario puede crear protecciones complejas o alterar las existentes.
• Todos los modelos de protección actuarán sobre los interruptores.

Un fusible es modelado como un relé de sobrecorriente actuando sobre un interruptor. Los dispositivos de
protección son almacenados en el objeto sobre el cual van a actuar.

Para la creación de los dispositivos de protección construiremos el siguiente Sistema Eléctrico de Potencia,
en el se puede observar la posición de los relés. Ver la Figura (consulte a su instructor).

En este caso determinaremos las corrientes en el sistema en estado estable y además realizaremos
cortocircuitos monofásicos y trifásicos en cada subestación para determinar el nivel de corto de cada una de
ellas. Todos estos datos nos servirán más adelante para determinar los ajustes de cada Relé de
sobrecorriente que se ubicarán en algunas subestaciones.

Antes de proceder a realizar el ingreso de los dispositivos de protección, veremos unos aspectos
importantes necesarios para entender la estructura interna de dichos dispositivos. Para ello tomaremos
como ejemplo el relé de sobrecorriente.




                                                     36
Power Factory: Guía Básica de Uso


8. MÓDULO PARA EL CÁLCULO DE ARMÓNICOS

8.1. Introducción

Hoy en día se tiene a escala mundial mercados competitivos que han llevado a que los servicios y productos
que prestan las empresas estén acompañados de altos estándares de calidad. Se piensa hoy día en el área de
la potencia eléctrica en la filosofía “Power Quality”, la cual incluye el análisis armónico.

En la actualidad la importancia y el compromiso de las empresas que transmiten y distribuyen energía
eléctrica, exigen que las mismas ofrezcan altos índices de confiabilidad, continuidad y calidad en el
servicio. Entre las principales medidas técnicas de la calidad del servicio de la energía están la tensión, la
frecuencia y la forma de onda. Para el caso particular de la tensión, la magnitud y la forma de onda son
características importantes para calificar la prestación del servicio.

Para los sistemas de producción del entorno actual, los sistemas de conmutación electrónicos de alta
velocidad, los equipos de cómputo y demás dispositivos electrónicos son altamente sensibles a las
variaciones que presentan sus sistemas de alimentación y es aquí donde los índices que califican el
desempeño de los sistemas de potencia entran a ser determinantes.

DIgSILENT Power Factory tiene las herramientas para realizar estudios del comportamiento y desempeño
del sistema en cuanto a sus características armónicas y de Z(w). Algunos de los índices que el programa
maneja para esta labor son la distorsión armónica, los índices de distorsión desagregada y total, además de
otros parámetros que se comentarán más adelante.

8.2. Generalidades

Los análisis armónicos estudian las desviaciones que se presentan en las ondas sinusoidales ideales de
tensión y corriente en sistemas eléctricos de potencia. La inyección de armonios de tensión y corriente a los
sistemas de potencia producen distorsión de la tensión en otras barras, sobrecargas y pérdidas. El análisis de
la distorsión de la forma de onda se desarrolla por la descomposición de la señal en series de Fourier.

Debido a que la señal bajo estudio es periódica, únicamente aparecen armónicos enteros, aunque se puedan
encontrar en la práctica inter-armónicos en casos con conversores modulados PWM.

En sistemas trifásicos simétricos existe un desfase de         entre las tres fases de los componentes
armónicas, por lo cual los armónicos se relacionan con los circuitos de secuencia así:

                  # Armónicos:       123456789…
                  Secuencia:         +-o+-o+-o …

Como consecuencia de lo anterior, se observa que los armónicos múltiplos de tres, aparecen únicamente
con la secuencia cero, la cual es normalmente suprimida con la conexión delta de los transformadores.

Señales con formas de onda simétricas presentan armónicos impares y formas de onda asimétricas
presentan armónicos pares, razón por la cual en sistemas de potencia los aportes de armónicos pares son
pequeños, ellos ocurren principalmente en la corriente de transformadores con componente DC en el lado
de carga.

Con todas las salvedades anteriores, se describen que los armónicos característicos de los sistemas de
potencia, son:

                  # Armónicos:       5 7 11 13 17 19 23 25 29 31 35 37 …




                                                       37
Power Factory: Guía Básica de Uso


8.3. Índices de distorsión

La norma ANSI/IEEE Std. 519-1981 recomienda el análisis de los efectos producidos por los armónicos
mediante el cálculo de índices de distorsión de las variables eléctricas y establece los límites para tales
índices en sistemas industriales. Estos índices dependen de los niveles de tensión, niveles de cortocircuito y
capacidad de las barras.

8.4. Modelado

Los elementos que producen armónicos en los sistemas de potencia son variados, incluyendo a los
transformadores como elementos reales no lineales debido a su núcleo, que es saturable. En estado estable
los principales elementos productores de armónicos son los dispositivos conversores – rectificadores, los
hornos de arco y los drivers de motores. En estado transitorio, los armónicos son producidos por las
maniobras de los diferentes elementos del sistema de potencia, estos últimos con impacto en frecuencias
superiores a 1 kHZ. El Modelado de estos armónicos y del impacto en la impedancia del sistema en un
análisis de espectro de frecuencia del mismo, lleva a tener en cuenta dos elementos importantes en el
modelado: fuentes de armónicos y la dependencia de la frecuencia de los parámetros del sistema.

8.4.1. Metodología

El estudio de armónicos involucra las siguientes dos actividades:

•   Análisis de la impedancia en función de la frecuencia Z(w):

    Análisis de la impedancia en función de la frecuencia Z(w), vista desde la barra en el cual se inyectan
    los armónicos, para diversos casos, variando los valores de compensación de reactivos en las barras
    que cuentan con dicha compensación.

•   Análisis de la respuesta transitoria y de estado estable del sistema:

    Se observan la respuesta transitoria y de estado estable de la tensión y la corriente, vistos en la barra en
    el cual se inyectan los armónicos, para diversos casos, considerando la existencia de variadores.


8.4.2. Fuentes de armónicos

Todos los dispositivos que contienen conmutadores son productores de armónicos y éstos pueden ser
modelados como fuentes de los mismos. En DIgSILENT Power Factory las fuentes de armónicos pueden
ser de corriente o de tensión.

Las fuentes de corriente armónicas son generalmente equipos de cargas y rectificadores; mientras que las
fuentes de tensión armónica son principalmente equipos para control del rizado de onda y conversores
basados en PWM (phase wide modulate).

•   Mediciones:

Las magnitudes de las corrientes armónicas y las fases para cada una de las frecuencias se valoran por
medio de mediciones en la red bajo estudio. En nuestro caso los valores implementados corresponden a los
valores efectivamente leídos en sitio. Dichas mediciones son muy importantes, dado que proporcionan
información sobre cuáles son los armónicos generados y cuál es su magnitud.




                                                      38
Power Factory: Guía Básica de Uso


8.4.3. Parámetros con dependencia de la frecuencia

Los elementos del sistema de potencia tienen dependencia con la frecuencia al estar presente el efecto skin.
Los principales elementos del sistema de potencia con parámetros dependientes de la frecuencia son los
transformadores, las líneas, las máquinas síncrona y asíncrona y los elementos en paralelo. Para modelar
esto en el DIgSILENT, se requiere de la característica específica del elemento con la frecuencia. Dicha
característica es representada por la siguiente función:

                                           y(fh) = (1-a) + a(fh/f1)b

Donde el valor corregido de impedancia se multiplica por dicha función, es decir:

         Para las resistencias: R(fh) = R × y(fh)
         Para las reactancias: X(fh) = X × y(fh)

Estos parámetros corrigen la resistencia y la reactancia nominal a la frecuencia fundamental con k(f), que
es el factor que los corrige con la frecuencia h.




      Figura 42. Ventana para el ingreso de datos de parámetros de corrección por frecuencia.

Los parámetros a definir mostrados en la Figura 42 son los valores a y b de la ecuación polinómica
característica para calcular el valor k para corregir la impedancia en función de la frecuencia.


8.4.3. Asociación de los modelos armónicos

El procedimiento para asociar las fuentes armónicas a las cargas y los polinomios característicos a líneas de
transmisión (u otros elementos) es el siguiente:

•   Fuentes de Corrientes armónicas

Se edita la carga de interés (ejem: CARGA 4x93) y se define el tipo CARGA-ARMMONICA, luego en el
menú HARMONICS se selecciona la fuente deseada (Harmonic Currents 4x93) en la carpeta
ARMONICOS de las librerías.

•   Polinomios característicos

Se define el tipo de la línea “Line Type Armonica”. Al hacerse esta definición se selecciona el menú
HARMONICS y luego se selecciona el polinomio característico para la resistencia Char. A y para la
reactancia Char. B, los cuales se encuentran en la carpeta ARMONICOS de las librerías.




                                                      39
Power Factory: Guía Básica de Uso


Se edita el elemento de interés (ejem: LINEA) y se selecciona el tipo “Line Type Armonica”. En caso de no
quererse utilizar la variación con la frecuencia de la impedancia de la línea, al definirse el tipo de polinomio
característico no se le coloca nada en el menú HARMONICS y se guarda con el nombre “Line Type”.

8.4.4. Comandos de cálculo

Los cálculos asociados con los estudios de armónicos se hacen por medio del despliegue que se muestra en
la Figura 43.




                    Figura 43. Despliegue de comandos para el cálculo de armónicos.

8.4.5. Impedancia en función de la frecuencia

Normalmente, los cálculos de respuesta en frecuencia se hacen para secuencia positiva y para secuencia
cero, pero en este caso, solamente se hace para la secuencia positiva, dado que el rectificador teóricamente
no genera armónicos de secuencia cero (armónicos de orden 3n). La presencia de desbalances puede
generar armónicos de secuencia cero, los cuales normalmente son de magnitud despreciable como se puede
observar en las medidas tomadas.




                                                      40
Power Factory: Guía Básica de Uso




 Figura 44. Máscara principal del programa para análisis de flujo de carga armónico y espectro de
                                          frecuencia.

Esta primera parte no permite establecer la magnitud de los problemas de armónicos, dado que no se tiene
en cuenta cuáles armónicos y de cuál magnitud genera la fuente, pero sí permite detectar los casos en los
que pueden presentarse problemas y las condiciones que los generan. Esta simulación se repite para varios
pasos de compensación de reactivos, permitiendo detectar los casos más críticos, es decir, aquellos casos en
los cuales se presenta resonancia paralelo en frecuencias cercanas a las frecuencias de los armónicos
generados.

8.4.6. Respuesta en el tiempo


                                                    41
Power Factory: Guía Básica de Uso




En esta parte se modela el sistema, incluyendo las fuentes de armónicos. La respuesta en el tiempo es la que
permite cuantificar los problemas de armónicos en el sistema. El objetivo es evaluar el contenido de
armónicos de los voltajes de las barras del sistema y de las corrientes que circulan a través de éste, con lo
cual se evalúan los índices para el contenido de armónicos con el fin de compararlos con los límites
establecidos y determinar de esta forma la gravedad del problema. Para la realización de esta parte, el
programa calcula los contenidos de armónicos de las variables eléctricas voltaje y corriente en cualquier
rama del sistema.




                                                     42

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GUÍA BÁSICA DE DIGSILENT POWER FACTORY

  • 1. Power Factory Guía Básica de Uso DIgSILENT GmbH Heinrich-Hertz Str. 9 72810 Gomaringen, Germany Tel. +49(0)7072/9168 Fax +49(0)7072/9168-88 http://www.digsilent.de
  • 2. Power Factory: Guía Básica de Uso CONTENIDO 1. CARACTERISTICAS DEL PROGRAMA.........................................................................................2 2. FUNCIONES PRINCIPALES Y ESPACIO DE TRABAJO.............................................................2 FIGURA 4. MENÚ CALCULATION .........................................................................................................6 FIGURA 5. MENÚ DATA............................................................................................................................7 FIGURA 6. MENÚ OUTPUT.......................................................................................................................7 FIGURA 7. MENÚ OUTPUT/SINGLE LINE GRAPHIC ........................................................................8 FIGURA 8. MENÚ OPTIONS .....................................................................................................................9 3. ADMINISTRACIÓN DE INFORMACIÓN .........................................................................................11 4. MÓDULO DE FLUJO DE CARGA ......................................................................................................16 5. MODULO DE CORTO CIRCUITO .....................................................................................................23 6. MÓDULO DE ESTABILIDAD..............................................................................................................28 7. MÓDULO DE PROTECCIONES .........................................................................................................38 8. MÓDULO PARA EL CÁLCULO DE ARMÓNICOS.........................................................................39 1
  • 3. Power Factory: Guía Básica de Uso 1. CARACTERISTICAS DEL PROGRAMA El DIgSILENT Power Factory es una herramienta integrada para el análisis de sistemas eléctricos de potencia caracterizando técnicas confiables y flexibles de modelado y algoritmos. Ha sido desarrollado con la nueva tecnología de programación orientada a objetos y lenguaje de programación C++. Logra el mejor compromiso entre flexibilidad ilimitada y requerimientos de fácil manejo, siendo completamente compatible con Windows 95/98/NT y 2000. 2. FUNCIONES PRINCIPALES Y ESPACIO DE TRABAJO 2.1 Funciones: • Flujo de potencia AC/DC • Análisis de Corto Circuito VDE/IEC • Fallas generales/Análisis de Eventos • Simulación dinámica (RMS) • Simulación de Transitorios Electromagnéticos EMT • Análisis de Eigenvalores • Reducción de redes • Coordinación de Relés de protección • Chequeo de la respuesta de unidades de Protección • Análisis Armónico • Cálculo de Confiabilidad • Despacho Económico • Interfases SCADA / GIS • Lenguajes DSL ++ y DPL • Diagramas unifilares del sistema modelado • Diagrama de configuración de subestaciones • Instrumentos virtuales para visualizar resultados • Interface A/D Medinas 2000 A/D Todas estas funciones tienen acceso a una base de datos relacional rápida y común, con un sistema integrado de manejo de casos de estudio y escenarios de sistemas. Algunas características adicionales incluidas: • Capas múltiples integradas, ventanas múltiples para ver simultáneamente diagramas unifilares u diagramas de subestaciones. • Generación automática de configuración de subestaciones acorde al manual de la ABB con 5 configuraciones básicas, que pueden ser editadas de acuerdo a las especificaciones requeridas por el usuario. • El sistema más moderno de ventanas con un administrador de datos integrado (Data Manager). • Un administrador del sistema, con filosofía de manejo no redundante para la definición de casos de estudio y escenarios del sistema. • Cálculo de parámetros (OHLs, cables, maquinas, etc.). 2.2. Espacio de trabajo El programa utiliza un ambiente de trabajo muy similar al que se utiliza en Windows, las ventanas más importantes se muestran en la Figura 1. 2
  • 4. Power Factory: Guía Básica de Uso • Ventana principal (1) • Ventana del administrador de datos (Data Manager) (2) • Ventana gráfica (3) • Ventana de salida (4) También podemos observar la barra de título, la barra del menú principal y la barra de estado. Comencemos por estudiar los submenús que se encuentran en la barra del menú principal. 2.2.1. File En la Figura 2 se observa el despliegue del menú file en el menú principal. 2.2.1.1. Examples Contiene ejemplos de diversos sistemas (transmisión, distribución) con aplicación de los programas de flujo de carga; análisis de cortocircuito y cálculo de transitorios. 1 3 2 4 Figura 1. Espacio de trabajo 2.2.1.2. Setup Tutorial Acceso a un tutorial preparado para las funciones básicas del programa. 3
  • 5. Power Factory: Guía Básica de Uso Figura 2. Menu File 2.2.1.3. New, Open, Close Project Funciones para crear, abrir y cerrar proyectos de trabajo. 2.2.1.4. Open Graphic Función para abrir un diagrama unifilar existente. 2.2.1.5. Open New Data Manager Acceso al administrador de datos del DIgSILENT. 2.2.1.6. Open New Text Editor Acceso al text editor del DIgSILENT. 2.2.1.7. Conversion Función para convertir archivos que se encuentran en la versión 10.3xx, PSS/E, PSS/U, NEPLAN, GIS, NETCAL y SQD a la nueva versión. 2.2.1.8. Import, Export Funciones para exportar e importar los archivos generados (*.dz). Con esto se puede mantener un backup de la información generada o poder realizar el intercambio de información, en el evento de no tener una base de datos centralizada. 2.2.1.9. Print, Page Setup, Printer Setup 4
  • 6. Power Factory: Guía Básica de Uso Acceso para definir funciones y configuración de impresión. 2.2.2. Edit En la Figura 3 se observa el despliegue del menú Edit. Figura 3. Menu Edit 2.2.2.1. Single Line Graphic Se tiene acceso a las propiedades de los diagramas unifilares de los casos que se encuentren activados y a funciones como copiar, cortar, pegar, deshacer, borrar y seleccionar. 2.2.2.2. Output Window Cuando está maximizada la ventana de salida (ourput window) y con un click derecho en la misma, es posible realizar funciones como: definir los settings de los mensajes que aparecen en la pantalla, editar, copiar, seleccionar y abrir el editor para modificar los settings del texto. 2.2.2.3. Project Para definir áreas nuevas de trabajo (grids) o casos nuevos de estudio en el proyecto activo. 2.2.2.4. _Study Case Edita el caso de estudio activo. En esta opción es posible: cambiar el nombre, mirar el contenido del caso de estudio, saber cuántas áreas y escenarios están asociados al caso de estudio activo y definir los prefijos de las unidades (Voltios, Amperios y Voltiamperios). 2.2.3. Calculation En la Figura 4 se puede observar el despliegue del menú Calculation. 5
  • 7. Power Factory: Guía Básica de Uso Figura 4. Menú Calculation 2.2.3.1. Load Flow Con esta opción se accede a la pantalla flotante del flujo de carga y sus opciones respectivas, por ejemplo: Flujo de carga con dependencia de la tensión, adaptación automática de modelos, sistemas balanceados o desbalanceados, ajuste automático de taps de transformadores, etc. 2.2.3.2. Short Circuit Acceso a la pantalla flotante del módulo de análisis de fallas y las funciones respectivas, por ejemplo: Método de solución y cálculo de las fallas (IEC, VDE), barras bajo falla, tiempo de interruptores, corrientes de corto, factores de corrección por tensión, consideración de motores, etc. 2.2.3.3. Stability Para acceder a las funciones propias del módulo de estabilidad, como son: la comprobación de las condiciones iniciales, la definición de los tiempos de arranque y paro de la simulación, análisis modal u de identificación de parámetros. 2.2.3.4. Harmonics Acceso a la máscara flotante del módulo de Armónicos, con funciones particulares como por ejemplo: Cálculo de THD bajo las normas IEEE o DIN, característica de Impedancia – Frecuencia, distribución de las fuentes de tensión – corriente de armónicos. 2.2.3.6. Protection Acceso a la ventana flotante para ejecución de un estudio de coordinación de protecciones. 2.2.3.7. Tower Types Definición del tipo de torre asociado a una línea. 2.2.3.8. Optimal Power Flow Función para realizar un flujo de carga óptimo, definiendo valores al despacho de potencia activa, así como factores varios de penalización. 6
  • 8. Power Factory: Guía Básica de Uso 2.2.3.9. Reset Calculation Borra de la memoria los cálculos realizados hasta el momento. 2.2.4. Data En la Figura 5 se observa el despliegue del menú Data. Figura 5. Menú Data 2.2.4.1. Stability Con esta opción es posible seleccionar las variables que se quieren monitorear y también editar los eventos para la simulación de estabilidad. 2.2.4.2. Harmonics Definición de los datos necesarios para el estudio de armónicos, fuentes de corriente, tablas de frecuencia, etc. 2.2.5. Output Figura 6. Menú Output En la Figura 6 se observa la pantalla con el menú de Output desplegado. En al pantalla se especifican a gusto del usuario la presentación de los resultados y los análisis particulares de cada una de las funciones estudiadas, por ejemplo: flujo de carga, cortocircuito, estabilidad, etc. 2.2.5.1. Single Line Graphic 7
  • 9. Power Factory: Guía Básica de Uso Figura 7. Menú Output/Single Line Graphic Este menú se emplea para modificar los atributos específicos de presentación en los diagramas unifilares, filtros de colores para los niveles de tensión, y el bloque de leyendas. 2.2.5.2. Results for Edge Elements Para configurar el tipo de resultados que se presentan en los elementos de rama en el diagrama unifilar. Es posible seleccionar resultados predefinidos como son: Cargabilidad de la línea; potencias activa, reactiva o aparente; tiempo de operación de relés; nombre de la protección asociada; o elegir algunos formatos que son editables por el usuario. 2.2.5.3. Results for Buses Es posible elegir que se presenten las tensiones fase-fase o fase-neutro de las barras o elegir una máscara de resultados para las barra, la cual es editable. 2.2.5.4. Documentación of Device Data Con esta función podemos obtener una lista en la ventana de salida de todos los elementos, por ejemplo: si el elemento es un transformador, el usuario puede solicitar datos del mismo como: tipo, grupo de conexión, niveles de tensión, número de taps, etc. 2.2.5.5. Comparing of Results on/off Con esta función podemos obtener una lista en la ventana de salida de todos los elementos, por ejemplo: si el elemento es un transformador, el usuario puede solicitar datos del mismo como: tipo, grupo de conexión, niveles de tensión, número de taps, etc. 2.2.5.6. Edit comparing of Results Sirve para ajustar los rangos de desviación de las variables antes mencionadas y así asignarle un color a cada uno para que sea mostrado en el diagrama unifilar. 2.2.5.7. Load Flow/Short – Circuit Es posible después de haber montado un sistema, obtener una lista de las áreas que están aisladas y de los elementos que por cualquier motivo no conectamos. También después de haber corrido un flujo de carga o un corto circuito podemos obtener un reporte en la ventana de salida, escogiendo qué resultados deseamos ver. 8
  • 10. Power Factory: Guía Básica de Uso 2.2.6. Options Figura 8. Menú Options Se definen los settings del usuario para los diagramas unifilares, formatos del dibujo y activación o desactivación de las herramientas de dibujo en los diagramas unifilares. 2.2.7. Window Figura 9. Menú Window Para el manejo de las ventanas en la plataforma de trabajo, personalización de los iconos y espacio de trabajo se emplean las funciones dentro del menú: ARRANGE ICONS, ARRANGE WINDOWS, TILE HORIZONTALLY, TILE VERTICALY, CASCADE, son comandos esencialmente para organizar las ventanas y su distribución dentro del espacio de trabajo. 2.2.7.1. Save Workspace Para salvar una distribución particular del espacio de trabajo definida por el usuario. 2.2.8. Help 9
  • 11. Power Factory: Guía Básica de Uso Figura 10. Menú Help En la Figura 10 se puede observar el despliegue del Menú Help en la barra de menú principal. 2.2.8.1. Getting Started Permite el acceso directo al material de ayuda en línea para el usuario inicial. 2.2.8.2. User Manual Comando para acceder al manual del usuario básico. 2.2.8.3. Technical Reference Comando para acceder a la ayuda en línea, sobre el soporte técnico de los distintos tópicos del programa. Por ejemplo: funciones de cálculo, modelación de subestaciones, modelos de elementos, etc. 2.2.8.4. Frequently Asked Questions – FAQS – Permite el acceso a la respuesta de algunas de las preguntas más recientes que se presentan al comenzar la interacción con el programa. 2.2.8.5. About DigSILENT Abre una ventana que presenta información correspondiente a la versión del programa que está siendo empleada, los derechos de autor y los módulos disponibles en la versión que se está trabajando. Además nos puede dar información acerca de si estamos en modo DEMO VERSION; es decir, si el programa no pudo leer la licencia. 10
  • 12. Power Factory: Guía Básica de Uso 3. ADMINISTRACIÓN DE INFORMACIÓN Los sistemas de potencia eléctricos se caracterizan por estar acompañados de muchos elementos los cuales a su vez contienen o están definidos por muchas variables internas. El objetivo del Data Manager es facilitar la administración de la información a los usuarios finales, es por eso que tiene definida una estructura jerárquica de información, en la cual se identifican las siguientes secciones principales. Ver Figura 11. • Examples • System • User Figura 11. Data Manger carpetas principales. 11
  • 13. Power Factory: Guía Básica de Uso Dentro de las carpetas Examples se resaltan los ejemplos de sistemas de transmisión AC y DC, sistemas de distribución, protecciones, armónicos y estabilidad. La carpeta contiene subcarpetas como Librería, papelera de reciclaje, formatos, settings y otras, las cuales contienen información básica para el funcionamiento del programa. En la carpeta usuario se espera que sean administrados los casos desarrollados y en el cual puede estar contenida la base de datos desarrollada por el usuario del sistema. 3.1. Administración de los proyectos Un buen concepto sobre manejo de información y ejecución de estudios requiere básicamente los siguientes ítems: • Definición de casos bases de un sistema eléctrico de potencia. • Cuando son requeridas divisiones de áreas eléctricas del sistema, tener muy claras las pautas para la generación de dichas divisiones. • Crear los casos de estudio que sean necesarios asociando los resultados particulares que se requieran a los elementos eléctricos en la red. • Activar los casos de estudio y realizar la ejecución de los módulos del programa. • Generar los reportes necesarios para el análisis y presentación de resultados. 3.2. Generación de un System Stage Por System Stage dentro del DIgSILENT Power Factory se entiende la modificación hecha sobre una red eléctrica (Grid), la cual toma en principio la topología de datos de la red original. Se puede decir que un System Stage es una derivación de la red inicial. Esta modificación puede ser una expansión o disminución de la red (entrada o salida de elementos), una variación en la demanda, cambio de parámetros de un elemento, etc. Para crear un System Stage se procede ubicando el cursor sobre la red eléctrica seleccionada para este efecto y con un click derecho se despliegan las opciones, seleccionanado New / System Stage, como se muestra en la Figura 12. 12
  • 14. Power Factory: Guía Básica de Uso Figura 12. Despliegue para crear un nuevo System Stage. A continuación se le define nombre a esta modificación de red. Al hacer este proceso y teniendo activado el System Stage, la información contenida en la red inicial se desplaza en su totalidad para el System Stage creado. La comparación de las dos condiciones: antes y después de la creación se muestra en la Figura 13. Cualquier modificación hecha en el System Stage sobre la red original, genera un historial, al cual es posible acceder. Para tener dicha información disponible es necesario ejecutar la opción History al ubicar el curso sobre el System Stage en cuestión y dar un click derecho; la información aparece en la ventana de salida 13
  • 15. Power Factory: Guía Básica de Uso Figura 13. Comparación de Data Manager con nuevo System Stage. 3.3. Generación de un nuevo caso de estudio Al crear un nuevo proyecto por defecto el DIgSILENT Power Factory crea un caso de estudio. Como se describió anteriormente, uno de los componentes del caso de estudio es el Summary Grid (Resumen de redes), el cual contiene las redes que se solucionarán en los distintos módulos del programa. Para la creación de un nuevo caso de estudio, se ubica el puntero sobre el proyecto y con un click derecho se despliegan las distintas opciones utilizando New / Study Case. A este nuevo caso de estudio se le asignan los System Stage generados dentro de las redes originales, los cuales constituyen un caso con la topología de la red inicial y una proyección de demanda. Con este caso activado y al correr flujo de carga se pueden observar sobrecargas en los elementos. Para solucionar esto, es necesario hacer los refuerzos en transformación identificados en los flujos de carga anteriores, los cuales son a su vez una modificación sobre el sistema original (sistema con proyección de demanda). Así es necesario generar un nuevo System Stage dentro del ya creado, para realizar en ellos los refuerzos de transformación necesarios. Para solucionar estas redes es necesario generar un nuevo caso de estudio, el cual tendrá en su Sumary Grid los últimos System Stages generados. Ver Figura 14. 14
  • 16. Power Factory: Guía Básica de Uso Figura 14. Data Manager con nuevos casos de estudio. Al activar el último caso de estudio se puede verificar la condición resultante con la proyección de demanda y con los refuerzos de transformación. 15
  • 17. Power Factory: Guía Básica de Uso 4. MÓDULO DE FLUJO DE CARGA Como es sabido, el problema de flujos de carga comprende el cálculo de los flujos de potencia y las tensiones en un sistema bajo condiciones normales de operación. La mayor parte de los sistemas de transmisión están bien balanceados y una representación monofásica de la red puede ser usada en este caso. En sistemas de distribución, sin embargo, el sistema no es balanceado, lo cual requiere de una representación completa (trifásica) de la red. El módulo de flujo de carga del DIgSILENT ofrece ambos cálculos. La solución del flujo de cargas es esencial para las continuas evaluaciones de los sistemas de potencia durante los periodos de planeación y operación. Las alternativas y escenarios son analizados usando numerosos flujos de carga en condiciones normales y de contingencia. Toda la interacción de los elementos del sistema de potencia (tales como límites de capacidad de los generadores, límites en los cambiadores de taps de los transformadores, límites térmicos en las líneas de transmisión, etc.) puede ser usada en cada caso. El DIgSILENT utiliza un método sofisticado combinado con el método de Newton Raphson para garantizar que el flujo de cargas siempre converja. En una configuración de un sistema de potencia donde no exista solución, por ejemplo, donde la capacidad de transporte de la línea sea sobrepasada por la carga demandada, el algoritmo de flujo de carga trata de adaptar las características de los modelos de tal manera que la solución, la cual todavía mantiene la ley de corrientes de Kirchhoff pueda ser encontrada. Esta adaptación es hecha usando los modelos de niveles predefinidos: • El nivel 1 y 2: Todas las cargas se hacen dependientes de la tensión. • Nivel Lineal: Todas las cargas son impedancias constantes, todas las máquinas son fuentes de tensión (es decir, se linealizan todos los modelos). Para presentar el manejo del módulo de Flujo de Carga, utilizaremos el sistema de PEMEX. Vamos entonces a activar el Study Case de nominado “Study Case”. Antes de realizar cualquier tipo de flujos de carga debe estar un caso de estudio (Study Case) activado (es decir, el icono en rojo), con al menos un área (Grid) o escenario de Sistema (System Stage) también activo; esto lo podemos observar en la Figura 15. Figura 15. Proyecto, caso de estudio y área activados. Una vez activado el proyecto, nos ubicamos en la venta gráfica y observamos el diagrama unifilar. Un flujo de carga puede ser iniciado utilizando el botón de la barra de herramientas o utilizando el menú Calculation del menú principal como se muestra en la Figura 16 y en la Figura 17. 16
  • 18. Power Factory: Guía Básica de Uso Al seleccionar flujo de carga aparece la ventana de cálculo de flujo de carga con las diferentes opciones. Ver la Figura 18. Figura 16. Botón para iniciar cálculo de Flujo de Carga. Figura 17. Menú para iniciar cálculo del Flujo de Carga. 4.1. Basic Options 4.1.1. Network Representation Puede ser usada una representación monofásica de la red, válida para redes simétricas balanceadas o una representación trifásica completa de un sistema no balanceado. 17
  • 19. Power Factory: Guía Básica de Uso Figura 18. Ventana para el cálculo del Flujos de Carga. 4.1.2. Automatic Tap Adjust of Transformers Con esta opción deshabilitada, el ajuste de los Taps de los transformadores no será alterado. 4.1.3. Consider Reactive Power limits Los límites de potencia reactivos no son considerados deshabilitando esta opción. 4.1.4. Automatic Model Adaptation for Convergency La función del Flujo de Carga del DIgSILENT siempre trata primero de encontrar una solución con los modelos matemáticos no lineales del sistema de potencia. Si tal solución no puede ser encontrada y esta opción es habilitada, un algoritmo adaptativo cambiará estos modelos haciéndolos más lineales, hasta encontrar una solución. La adaptación de los modelos es reportada en la ventana de salida. 4.1.5. Consider Voltage Dependency of Loads Deshabilitando esta opción se hará que todas las cargas sean independientes de la tensión sin importar el ajuste individual de las cargas. 4.1.6. Calculate dv /dQ Sensitivities Si esta opción está activada, entonces aparecerá calculada para cada bqarra la cantidad dv/dQ y esta podrá ser visualizada en las cajas de resultados del diagrama unifilar o en la página flexible del Data Manager, su 18
  • 20. Power Factory: Guía Básica de Uso unidad es [p.u/Mvar]. Esta cantidad muestra la variación de la tensión en la barra con la inyección de potencia reactiva (este se podría utilizar para resolver el problema de la ubicación de un capacitor). 4.1.7. Outage_Simulation (n-1) Esta opción realizará un flujo de carga sacando un elemento a la vez de los que estén seleccionados en la lista. Los resultados de estos flujos de carga serán reportados en la ventana de salida. La lista de elementos seleccionados debe ser dada en la página de diálogo Verification/Outage Simulation. 4.1.8. Verification Esta opción produce una tabla en la ventana de salida de los objetos sobrecargados. Los límites son ajustados en la página Verificacion/Outage Simulation. 4.2. Advanced Options La función del Flujo de Carga utiliza el método iterativo de Newton Raphson, para el cual el número de iteraciones puede ser ajustada. Los valores normales son un máximo de 55 iteraciones para cálculos de lazo inferior y 5 para exterior. El máximo error aceptable en el Flujo de Carga para cada barra es de 1 kVA y para los modelos de ecuación es de 0.1%. La figura 19 muestra esta ventana. 4.2.1. Relaxation factor Factor para controlar el algoritmo de Newton-Raphson en caso de problemas de convergencia. La iteración de pasos sucesivos de Newton-Raphson puede ser reducida (factor <0). 4.2.2. Number of Stairs También usado en caso de problemas de convergencia, la potencia aparente de todas las cargfas será incrementada en n pasos, desde 1/n hasta n/n del valor nominal. Por ejemplo, si el Number of Stairs es ajustado a 5, entonces todas las cargas serán ajustadas primero al 20% de su valor nominal e incrementado hasta ser alcanzado el 100%. Nota: En caso de que el flujo de carga no converja se recomienda hacer lo siguiente: • Seleccionar Power balance en lugar de Current balance. • Incrementar el Number of Stairs. • Reducir el Relaxation Factor, mientras se incrementa el máximo número de interaciones. 4.3. Verification Outage Simulation En esta se ajustan los límites de los elementos que queremos que sean reportados en la ventana de salida, si sobrepasan dichos ajustes. Ver la Figura 20. Luego de seleccionar la opción deseada para correr Flujo de Carga oprimimos el botón Execute. La solución se puede observar en las cajas de resultados del diagrama unifilar en la ventana gráfica o en la ventana de salida. Esta última opción es posible, definiendo qué tipo de reporte queremos obtener; para ello utilizamos el menú Output del menú principal, luego la opción Load Flow/Short-Circuit/Analysis y obtenemos la ventana que se muestra en la Figura 21. 19
  • 21. Power Factory: Guía Básica de Uso Figura 19. Ventana de diálogo para Opciones Avanzadas. Figura 20. Ventana de diálogo Verification Outage Simulation. 20
  • 22. Power Factory: Guía Básica de Uso Figura 21. Ventana de diálogo para definir los Resultados en la ventana de salida. 21
  • 23. Power Factory: Guía Básica de Uso 5. MODULO DE CORTO CIRCUITO Un cálculo de corto circuito puede ser necesitado durante el diseño de un sistema de potencia, para dimensionar subestaciones, elegir topologías, equipos de la red, etc. Estos deben ser elegidos para funcionar correctamente en condiciones normales de operación y además ser capaces de soportar condiciones de falla en el sistema (corto circuitos por ejemplo). Algunas aplicaciones típicas en Sistemas Eléctricos de Potencia son: • Chequeo de la capacidad de resistencia térmica de los componentes del Sistema. • Selección y ajuste de dispositivos de protección. • Determinación de la resistencia mecánica de los elementos del sistema. • Cálculo de fallas que deben ser comparadas con los rangos de interrupción de los interruptores. • Dimensionamiento de dispositivos de puesta a tierra para subestaciones. El corto circuito es básicamente un fenómeno de corta duración, porque los dispositivos de protección aislan el elemento fallado usualmente entre 2 y 3 segundos después del inicio del evento. El comportamiento de la máquina síncrona durante el corto circuito puede ser descrito por el incremento sucesivo de tres valores de la reactancia del devanado del estator. • Las reactancias subtransitorias x”d y x”q las cuales determinan el flujo de corriente en los primeros ciclos. • Las reactancias transitorias x´d y x´q las cuales son efectivas a partir de un segundo o más en adelante, dependiendo del modelo de la máquina. • Las reactancias subtransitorias xd y xq las cuales determinan el flujo de corriente en estado estable. De acuerdo a la variación de la reactancia antes definida, el valor de corriente correspondiente va decayendo así: • I”k: Corriente subtransitoria de corto circuito. • I´k: Corriente transitoria de corto circuito. • Ik: Corriente de estado estable de corto circuito. El DIgSILENT ofrece los métodos de cálculo de corto circuito de acuerdo a la norma Alemana VDE 0102, norma internacional IEC 909 y ANSI IEEE. 5.1. Suposiciones hechas para el cálculo de la corriente mínima de corto circuito • El factor de tensión c es ajustado a cmin. • Los motores no se tienen en cuenta. • Las líneas de transmisión se asume que están en un máxima temperatura (la resistencia es calculada de acuerdo a esta temperatura Rline). 5.2. Suposiciones hechas para el cálculo de la corriente máxima de corto circuito • El factor de tensión c es ajustado a cmax. • Los motores asincrónos son: - Siempre considerados, su impedancia interna es usada. - Ignorarlos automáticamente olvidados cuando la suma de las corrientes nominales de los motores es menor que el 1% de la corriente de corto circuito sin la influencia de los motores. - No tenidos en cuenta cuando su combinación es menor que el 1% o cuando el usuario decido no usarlos para el cálculo. En el DIgSILENT un cálculo de corto circuito puede ser realizado de varias formas: 22
  • 24. Power Factory: Guía Básica de Uso • Presionando el botón de cálculo de corto circuito en la barra de herramientas en el menú principal. Ver la Figura 22. Figura 22. Botón para editar la ventana de corto circuito. • Seleccionando la opción Calculation/Short-circuit en el menú principal. Ver la Figura 23. Figura 23. Opción para editar la ventana de corto circuito. • Seleccionando una barra o línea en el diagrama unifilar y haciendo click derecho sobre ella, luego seleccionamos la opción Calculate Short-circuit. Ver la Figura 24. Figura 24. Opción para editar la ventana de corto circuito. En la ventana de corto circuito podemos observar las opciones básicas y las opciones avanzadas para el cálculo. Ver la Figura 25. 23
  • 25. Power Factory: Guía Básica de Uso Figura 25. Ventana para el cálculo de corto circuito Basic Options. 5.3. Basic Options 5.3.1. Method El DIgSILENT ofrece cuatro métodos para el cálculo: • De acuerdo a la norma Alemana VDE. • De acuerdo a la norma Internacional IEC. • De acuerdo a la norma ANSI IEEE. • Un método completo el cual considera los resultados del flujo de carga antes de la falla. 5.3.2. The Fault Type Los siguientes tipos de falla estánn disponibles: • Trifásica. • Bifásica. • Monofásica a tierra. • Bifásica a tierra. 5.3.3. Calculate Aquí podemos escoger entre: • Corriente máxima de corto circuito. • Corriente mínima de corto circuito. Esta opción no está habilitada en el caso de método completo de corto circuito. 5.3.4. Short – Circuit Duration 24
  • 26. Power Factory: Guía Básica de Uso Se pueden ajustar los tiempos de despeje de la falla (retardo de la protección) y el de interrupción de la falla (retardo de suicheo). 5.3.5. Output Esta opción nos permite guardar los resultados del último cálculo de corto circuito que hallamos hecho y poderlos obtener como un reporte en la ventana de salida, tal y como se hace en el programa de flujo de carga descrito anteriormente. 5.3.6. Fault Location Con esta opción podemos escoger el lugar de la falla o definir que se hagan fallas en todas la terminales del sistema en consideración. 5.4. Advanced Options Las opciones avanzadas de corto circuito son usadas para ajustar más los cálculos. Ver figura 26. Figura 26. Ventana para el cálculo de corto circuito Advanced Options. 5.4.1. Grid Identification La norma IEC define varios cortocircuitos según la conexión de la fuente: • Corto circuito alimentado por una sola fuente. • Corto circuito alimentado de fuentes no enmalladas. • Corto circuito en redes enmalladas. Si ajustamos el Grid Identification en Automatic, el DIgSILENT detecta automáticamente la conexión de las fuentes en el corto circuito. Dependiendo de la conexión de las fuentes la norma IEC las corrientes Ip, Ib, Ik son diferentes métodos. 25
  • 27. Power Factory: Guía Básica de Uso Si lo ajustamos a Always Meshed, el corto circuito será calculado siempre con el método de redes enmalladas. 5.4.2. c-Voltage Factor Este factor puede ser ajustado manualmente. Su valor ya fue explicado en secciones anteriores. 5.4.3. Decaying Aperiodic Component Permite el cálculo de la componente DC de la corriente de corto circuito para la cual el tiempo de decaimiento debe ser dado. 5.4.4. Conductor Temperature La temperatura del conductor (antes de la falla) puede ser ajustada manualmente. Esto influirá en la temperatura máxima calculada de los conductores, como la causada por las corrientes de corto circuito. 5.4.5. Asynchronous Motors La influencia en las corrientes de corto circuito de los motores asincrónicos puede ser considerada siempre, ignorados automáticamente o el usuario puede elegir la opción de confirmar al usuario si no fueron tenidos en cuenta dichos motores. 5.4.6. Ik Calculation according DIgSILENT Method Esta opción permite estimar mejor las corrientes de corto circuito en estado estable en caso de que la carga de motores asincrónicos sea baja. 5.5. Análisis de resultados Luego de seleccionar las condiciones para el cálculo del corto circuito oprimimos el botón Execute. La solución se puede observar en las cajas de resultados del diagrama unifilar en la ventana gráfica o en la ventana de salida. Esta última opción es posible, definiendo qué tipo de reporte queremos obtener, para ello utilizamos el menú Output del menú principal, luego la opción Load Flow/Short-Circuit/Analysis y obtenemos la ventana que se muestra en la Figura 27. Figura 27. Opción para el análisis de flujo de carga y corto circuito. 26
  • 28. Power Factory: Guía Básica de Uso 6. MÓDULO DE ESTABILIDAD 6.1. Introducción Un sistema de potencia está en una condición de operación de estado estable si todas la cantidades físicas que se miden (o se calculan) y que describen la condición de operación del sistema, se pueden considerar constantes para propósitos de análisis. Si cuando se está en una condición de estado estable, ocurre un cambio repentino o una secuencia de cambios en uno o más parámetros del sistema, o en una o más de sus cantidades de operación, se dice que el sistema experimenta un disturbio de su condición de operación de estado estable. Los disturbios pueden ser grandes o pequeños de acuerdo con su origen. Un disturbio grande es uno para el cual las ecuaciones no lineales que describen la dinámica del sistema de potencia no se pueden linealizar de forma válida para los propósitos de análisis. Las fallas en los sistemas de transmisión, los cambios repentinos de carga, las pérdidas de unidades generadoras y las maniobras en líneas son ejemplos de disturbios grandes. Si el sistema de potencia está operando en una condición de estado estable y experimenta un cambio que se pueda analizar de manera apropiada a través de versiones linealizadas de sus ecuaciones dinámicas algebraicas, se dice que ha ocurrido un disturbio pequeño. Un ejemplo de un disturbio pequeño puede ser el cambio en la ganancia de un regulador automático de voltaje en el sistema de excitación de una gran unidad generadora. El sistema de potencia es estable en su estado estable para una condición de operación particular de estado estable si, después de que ocurre un disturbio pequeño, regresa esencialmente a la misma condición de operación de estado estable. Sin embargo, si después de un disturbio grande, se alcanza una condición de operación significativamente diferente, pero de estado estable aceptable, se dice que el sistema es transitoriamente estable. En todos los estudios de estabilidad, el objetivo es determinar si los rotores de las máquinas que están siendo perturbadas regresan a una operación con velocidad constante. 6.2. Transitorios La función de simulación de transitorios del DIgSILENT analiza el comportamiento dinámico de un sistema de potencia en el dominio del tiempo. Los transitorios en un sistema eléctrico de potencia pueden ser: • Término corto (short-term), o transitorios electromagnéticos. • Término medio (Mid-term), o transitorios electromecánicos. • Termino largo (Long-term). El DIgSILENT cubre todo el rango de fenómenos de transitorios en sistemas eléctricos de potencia, por lo tanto existen tres funciones para simulaciones disponibles: 6.2.1. Función básica Esta función básica utiliza un modelo (RMS) de red simétrica de estado estable para transitorios mid – term y long – term bajo condiciones balanceadas. Esta función usa una representación simétrica de estado estable de la red eléctrica pasiva. Usando esta representación solamente las componentes fundamentales de tensión y de corriente son tomadas en cuenta. Dependiendo de los modelos usados de generadores, motores, controladores, plantas de potencia y máquinas manejadoras de motores, los siguientes estudios pueden ser realizados: • Estabilidad transitoria (determinación del tiempo crítico de aclaración de la falla). • Estabilidad de término medio (midterm, optimización de la reserva rodante y desconexión de carga). • Estabilidad oscilatoria (optimización de dispositivos de control). • Arranque de motores (determinación de tiempos de arranque y caídas de tensión). • Varios eventos pueden ser introducidos: Arranque y/o pérdida de generadores o motores. Desconexión de carga. Switcheo de líneas y transformadores. Corto circuitos simétricos. Inserción de elementos de red. Variación de puntos de ajuste de controladores. 27
  • 29. Power Factory: Guía Básica de Uso Cambio de algunos parámetros del sistema. 6.2.2. Función trifásica Una función trifásica que usa un modelo (RMS) de red en estado estable para transientes mid-term y long- term para condiciones balanceadas y desbalanceadas de la red. Con esta función podemos simular además de los eventos listados arriba, los siguientes: • Corto circuitos monofásicos a tierra • Corto circuitos bifásicos a tierra • Corto circuitos fase-fase • Interrupciones monofásicas de línea 6.2.3. Función de transitorios electromagnéticos Una función de transitorios electromagnéticos con un modelo (EMT) dinámico para transientes electromecánicos y electromagnéticos bajo condiciones balanceadas y desbalanceadas de la red. Las tensiones y corrientes son tratadas aquí por sus valores instantáneos, tanto que la conducta dinámica de los elementos pasivos de la red es tomada en cuenta. Esta habilidad es necesaria para aplicaciones como: • Componentes DC y armónicas de corrientes y tensiones. • Conducta exacta de inversores de máquinas. • Conducta exacta de HVDC en sistemas de transmisión. • Fenómeno de sobretensiones en dispositivos de interrupción. Debido a que la red eléctrica es representada complemente en el dominio de la frecuencia, todos los eventos descritos, simétricos y asimétricos, pueden ser simulados. 6.3. Cálculo de transitorios Basados en el cálculo de flujossde carga resuelto, la función de simulación del DIgSILENT determina las condiciones iniciales de todos los elementos del sistema de potencia, cumpliendo con el requerimiento de que las derivadas de todas las variables de estado, cargas, máquinas, controladores, etc., sean cero. También está determinado qué tipo de representación de red debe ser usada para una análisis más amplio, cuál es el tamaño de los pasos de integración a usar, cuáles son los eventos a manejar y dónde almacenar los resultados. La simulación usa un procedimiento iterativo para resolver el flujo de carga AC de la red y un modelo dinámico de integración de variables de estado simultáneamente. El proceso completo para realizar una simulación de transitorios comprende los siguientes pasos: • Cálculo de flujo de carga • Cálculo de valores iniciales, el cual puede incluir la creación de una nueva definición de resultados o una nueva definición de eventos para la simulación. • Correr la simulación • Creación de planos para mirar gráficamente el resultado de las variables antes seleccionadas. 6.3.1. Cálculo de flujo de carga Un cálculo normal de flujo de carga tiene que ser realizado primero para habilitar el cálculo de las condiciones iniciales. 6.3.2. Cálculo de valores (condiciones) iniciales Basados en el flujo de carga de la red, el estado interno de operación de las máquinas, cargas, controladores, etc., tiene que ser determinado. Como un resultado de este paso, las tensiones de excitación de generadores sincrónicos y los ángulos de las cargas, todas las variables de estado de controladores y modelos de plantas de potencia, o cualquier otro dispositivo el cual directa o indirectamente inyecte corriente a un nodo, está determinado. El cálculo de condiciones iniciales puede realizarse de las siguientes maneras: 28
  • 30. Power Factory: Guía Básica de Uso Presionando el botón Calculate inicitial conditions en la barra de herramientas del menú principal. Ver la Figura 28. Figura 28. Botón para el cálculo de corto condiciones iniciales. O seleccionando la opción Calculation/stability/initial Conditions en el menú principal. Ver la Figura 29. Figura 29. Opción para el cálculo de condiciones iniciales. Al elegir algunas de estas dos opciones aparece la ventana para el cálculo de las condiciones iniciales. Ver la Figura 30. 29
  • 31. Power Factory: Guía Básica de Uso Figura 30. Ventana para el cálculo de condiciones iniciales. 6.3.2.1. Basic options Esta página es usada para seleccionar el método de simulación y la representación de la red. El método RMS puede ser aplicado a redes balanceadas o desbalanceadas. El método EMT necesita una representación trifásica de la red. La información será enviada a la ventana de salida para luego informar al usuario que el cálculo de las condiciones iniciales ha sido realizado. 6.3.2.2. Step Sizes El algoritmo de simulación usa el método de Newton Raphson basado en iteraciones para resolver ecuaciones de redes acopladas. El procedimiento de iteración e integración es controlado por las variables que se encuentran incluidas en setp size: • dtgrd: Transiente electromecánico (sym, asm, vco, pss) (típico 0.01 sec.) • dtemt: Transiente electromagnético (típico 0.0001 sec.) • itrpx: Máximo número de iteraciones de estado sucesivas (típico 25) • dtpmu: Transientes término medio (pco, pmu, mdm) (típico 0.1 sec.) 6.3.2.3. Advanced Options Las opciones avanzadas pueden ser usadas para ajustar la ejecución del algoritmo de simulación. Para usuarios sin experiencia es recomendable que usen los valores típicos: • errsm: Máximo error de iteración de ecuaciones nodales (típico 10*errlf) • erreq: Máximo error de ecuaciones de modelo (típico 0.1%) • itrlx: Máximo número de iteraciones (típico 25) • itrjx: Límite de iteración para recomputar la matrix jacobina (típico 5) 30
  • 32. Power Factory: Guía Básica de Uso El factor de resolución de control del evento determina el espacio de tiempo, el cual es utilizado para eventos de sincronización. Si dos o más eventos ocurren dentro del mismo espacio de tiempo, estos son simulados simultáneamente. Un alto factor de resolución disminuye el espacio de tiempo. El típico valor de 0.1 (kres) es normalmente suficiente. 6.3.2.4. Edit result variables Para realizar la simulación se requiere definir los elementos del sistema de potencia (generadores, transformadores, elementos shunt, barras de subestaciones, etc.) que contienen las variables que deseo monitorear; esto se hace presionando el botón Edit Result Variables en la barra de herramientas del menú principal o seleccionando la opción Data/Stability/Result variables en el menú principal. Ver la Figura 31 y la Figura 32. Figura 31. Botón para editar las variables de resultados. Figura 32. Opción para editar las variables de resultados. Una vez elegida esta opción se obtiene la siguiente ventana (ver la Figura 33). Figura 33. Opción para editar las variables de resultados. Para elegir un nuevo elemento presionamos el botón New Object mostrado en la Figura 33. Obteniendo una nueva ventana donde vamos a seleccionar los elementos y escoger las variables. Ver la Figura 34. 31
  • 33. Power Factory: Guía Básica de Uso Figura 34. Ventana para elegir las variables de los elementos a seleccionar. Una vez en esta ventana, elegimos la página RMS Simulation, presionamos la flecha que señala hacia abajo en la opción Object y luego elegimos Select para obtener la Figura 59. En la que podemos seleccionar los elementos a los cuales les vamos a monitorear las variables. 6.3.2.5. Edit Simulation Events Ahora vamos a definir los eventos que deseamos simular: Para editar los eventos podemos presionar el botón Edit Simulation Events en la barra del menú principal. Ver la Figura 35. Figura 35. Ventana para elegir los eventos. O seleccionar la opción Data/Stability/Events. Ver la Figura 36. 32
  • 34. Power Factory: Guía Básica de Uso Figura 36. Ventana para editar los eventos de simulación. Al elegir cualquiera de las dos opciones obtenemos la siguiente ventana. Ver la Figura 37. Figura 37. Lista de eventos seleccionados. En esta podemos observar los eventos que propusimos anteriormente; para obtener un nuevo evento, presionados el botón “New object” aparecerá una nueva ventana con una lista de eventos que se pueden realizar, como eventos sobre la carga, salida de un elemento, ajuste de parámetros, ajuste del tamaño de los pasos de integración, control sobre los interruptores, eventos de máquinas sincrónicas. Ver la Figura 38. 33
  • 35. Power Factory: Guía Básica de Uso Figura 38. Lista de eventos. Si elegimos, por ejemplo, evento de corto circuito, nos aparece otra ventana donde podemos definir el tiempo de ejecución del evento, el objeto sobre el cual se realizará, el tipo de falla (en nuestro caso), y la resistencia y reactancia de la falla. Ver Figura 39. Figura 39. Ventana para la edición del evento de corto circuito. 34
  • 36. Power Factory: Guía Básica de Uso Realizado esto, ya estamos listos para correr una simulación. 6.3.2.6. Start Simulation Para comenzar la simulación podemos elegir la opción Calculation/Stability/Start Simulation. Ver la Figura 40. Figura 40. Opción para comenzar estabilidad. O presionar el botón Start Simulation en la barra de herramientas. Ver la Figura 41. Figura 41. Opción para comenzar estabilidad. Después de seleccionar la opción, aparece una ventana en la que definimos el tiempo que debe durar la simulación y si queremos que las variables seleccionadas salgan en la ventana de salida. Presionamos el botón OK y la simulación comienza, los resultados aparecerán en la ventana de salida, si así lo quisimos. 6.3.3. Análisis de resultados La solución se puede observar en las cajas de resultados del diagrama unifilar en la ventana gráfica, en la ventana de salida y la representación gráfica de las distintas variables en el tiempo. Esta última opción es posible, empleando la herramienta Virtual Instrument panel que trae el DIgSILENT 35
  • 37. Power Factory: Guía Básica de Uso 7. MÓDULO DE PROTECCIONES Los modelos de protección del DIgSILENT han sido implementados con la siguiente filosofía: • El modelo podrá ser lo más real que sea posible. • El usuario puede crear protecciones complejas o alterar las existentes. • Todos los modelos de protección actuarán sobre los interruptores. Un fusible es modelado como un relé de sobrecorriente actuando sobre un interruptor. Los dispositivos de protección son almacenados en el objeto sobre el cual van a actuar. Para la creación de los dispositivos de protección construiremos el siguiente Sistema Eléctrico de Potencia, en el se puede observar la posición de los relés. Ver la Figura (consulte a su instructor). En este caso determinaremos las corrientes en el sistema en estado estable y además realizaremos cortocircuitos monofásicos y trifásicos en cada subestación para determinar el nivel de corto de cada una de ellas. Todos estos datos nos servirán más adelante para determinar los ajustes de cada Relé de sobrecorriente que se ubicarán en algunas subestaciones. Antes de proceder a realizar el ingreso de los dispositivos de protección, veremos unos aspectos importantes necesarios para entender la estructura interna de dichos dispositivos. Para ello tomaremos como ejemplo el relé de sobrecorriente. 36
  • 38. Power Factory: Guía Básica de Uso 8. MÓDULO PARA EL CÁLCULO DE ARMÓNICOS 8.1. Introducción Hoy en día se tiene a escala mundial mercados competitivos que han llevado a que los servicios y productos que prestan las empresas estén acompañados de altos estándares de calidad. Se piensa hoy día en el área de la potencia eléctrica en la filosofía “Power Quality”, la cual incluye el análisis armónico. En la actualidad la importancia y el compromiso de las empresas que transmiten y distribuyen energía eléctrica, exigen que las mismas ofrezcan altos índices de confiabilidad, continuidad y calidad en el servicio. Entre las principales medidas técnicas de la calidad del servicio de la energía están la tensión, la frecuencia y la forma de onda. Para el caso particular de la tensión, la magnitud y la forma de onda son características importantes para calificar la prestación del servicio. Para los sistemas de producción del entorno actual, los sistemas de conmutación electrónicos de alta velocidad, los equipos de cómputo y demás dispositivos electrónicos son altamente sensibles a las variaciones que presentan sus sistemas de alimentación y es aquí donde los índices que califican el desempeño de los sistemas de potencia entran a ser determinantes. DIgSILENT Power Factory tiene las herramientas para realizar estudios del comportamiento y desempeño del sistema en cuanto a sus características armónicas y de Z(w). Algunos de los índices que el programa maneja para esta labor son la distorsión armónica, los índices de distorsión desagregada y total, además de otros parámetros que se comentarán más adelante. 8.2. Generalidades Los análisis armónicos estudian las desviaciones que se presentan en las ondas sinusoidales ideales de tensión y corriente en sistemas eléctricos de potencia. La inyección de armonios de tensión y corriente a los sistemas de potencia producen distorsión de la tensión en otras barras, sobrecargas y pérdidas. El análisis de la distorsión de la forma de onda se desarrolla por la descomposición de la señal en series de Fourier. Debido a que la señal bajo estudio es periódica, únicamente aparecen armónicos enteros, aunque se puedan encontrar en la práctica inter-armónicos en casos con conversores modulados PWM. En sistemas trifásicos simétricos existe un desfase de entre las tres fases de los componentes armónicas, por lo cual los armónicos se relacionan con los circuitos de secuencia así: # Armónicos: 123456789… Secuencia: +-o+-o+-o … Como consecuencia de lo anterior, se observa que los armónicos múltiplos de tres, aparecen únicamente con la secuencia cero, la cual es normalmente suprimida con la conexión delta de los transformadores. Señales con formas de onda simétricas presentan armónicos impares y formas de onda asimétricas presentan armónicos pares, razón por la cual en sistemas de potencia los aportes de armónicos pares son pequeños, ellos ocurren principalmente en la corriente de transformadores con componente DC en el lado de carga. Con todas las salvedades anteriores, se describen que los armónicos característicos de los sistemas de potencia, son: # Armónicos: 5 7 11 13 17 19 23 25 29 31 35 37 … 37
  • 39. Power Factory: Guía Básica de Uso 8.3. Índices de distorsión La norma ANSI/IEEE Std. 519-1981 recomienda el análisis de los efectos producidos por los armónicos mediante el cálculo de índices de distorsión de las variables eléctricas y establece los límites para tales índices en sistemas industriales. Estos índices dependen de los niveles de tensión, niveles de cortocircuito y capacidad de las barras. 8.4. Modelado Los elementos que producen armónicos en los sistemas de potencia son variados, incluyendo a los transformadores como elementos reales no lineales debido a su núcleo, que es saturable. En estado estable los principales elementos productores de armónicos son los dispositivos conversores – rectificadores, los hornos de arco y los drivers de motores. En estado transitorio, los armónicos son producidos por las maniobras de los diferentes elementos del sistema de potencia, estos últimos con impacto en frecuencias superiores a 1 kHZ. El Modelado de estos armónicos y del impacto en la impedancia del sistema en un análisis de espectro de frecuencia del mismo, lleva a tener en cuenta dos elementos importantes en el modelado: fuentes de armónicos y la dependencia de la frecuencia de los parámetros del sistema. 8.4.1. Metodología El estudio de armónicos involucra las siguientes dos actividades: • Análisis de la impedancia en función de la frecuencia Z(w): Análisis de la impedancia en función de la frecuencia Z(w), vista desde la barra en el cual se inyectan los armónicos, para diversos casos, variando los valores de compensación de reactivos en las barras que cuentan con dicha compensación. • Análisis de la respuesta transitoria y de estado estable del sistema: Se observan la respuesta transitoria y de estado estable de la tensión y la corriente, vistos en la barra en el cual se inyectan los armónicos, para diversos casos, considerando la existencia de variadores. 8.4.2. Fuentes de armónicos Todos los dispositivos que contienen conmutadores son productores de armónicos y éstos pueden ser modelados como fuentes de los mismos. En DIgSILENT Power Factory las fuentes de armónicos pueden ser de corriente o de tensión. Las fuentes de corriente armónicas son generalmente equipos de cargas y rectificadores; mientras que las fuentes de tensión armónica son principalmente equipos para control del rizado de onda y conversores basados en PWM (phase wide modulate). • Mediciones: Las magnitudes de las corrientes armónicas y las fases para cada una de las frecuencias se valoran por medio de mediciones en la red bajo estudio. En nuestro caso los valores implementados corresponden a los valores efectivamente leídos en sitio. Dichas mediciones son muy importantes, dado que proporcionan información sobre cuáles son los armónicos generados y cuál es su magnitud. 38
  • 40. Power Factory: Guía Básica de Uso 8.4.3. Parámetros con dependencia de la frecuencia Los elementos del sistema de potencia tienen dependencia con la frecuencia al estar presente el efecto skin. Los principales elementos del sistema de potencia con parámetros dependientes de la frecuencia son los transformadores, las líneas, las máquinas síncrona y asíncrona y los elementos en paralelo. Para modelar esto en el DIgSILENT, se requiere de la característica específica del elemento con la frecuencia. Dicha característica es representada por la siguiente función: y(fh) = (1-a) + a(fh/f1)b Donde el valor corregido de impedancia se multiplica por dicha función, es decir: Para las resistencias: R(fh) = R × y(fh) Para las reactancias: X(fh) = X × y(fh) Estos parámetros corrigen la resistencia y la reactancia nominal a la frecuencia fundamental con k(f), que es el factor que los corrige con la frecuencia h. Figura 42. Ventana para el ingreso de datos de parámetros de corrección por frecuencia. Los parámetros a definir mostrados en la Figura 42 son los valores a y b de la ecuación polinómica característica para calcular el valor k para corregir la impedancia en función de la frecuencia. 8.4.3. Asociación de los modelos armónicos El procedimiento para asociar las fuentes armónicas a las cargas y los polinomios característicos a líneas de transmisión (u otros elementos) es el siguiente: • Fuentes de Corrientes armónicas Se edita la carga de interés (ejem: CARGA 4x93) y se define el tipo CARGA-ARMMONICA, luego en el menú HARMONICS se selecciona la fuente deseada (Harmonic Currents 4x93) en la carpeta ARMONICOS de las librerías. • Polinomios característicos Se define el tipo de la línea “Line Type Armonica”. Al hacerse esta definición se selecciona el menú HARMONICS y luego se selecciona el polinomio característico para la resistencia Char. A y para la reactancia Char. B, los cuales se encuentran en la carpeta ARMONICOS de las librerías. 39
  • 41. Power Factory: Guía Básica de Uso Se edita el elemento de interés (ejem: LINEA) y se selecciona el tipo “Line Type Armonica”. En caso de no quererse utilizar la variación con la frecuencia de la impedancia de la línea, al definirse el tipo de polinomio característico no se le coloca nada en el menú HARMONICS y se guarda con el nombre “Line Type”. 8.4.4. Comandos de cálculo Los cálculos asociados con los estudios de armónicos se hacen por medio del despliegue que se muestra en la Figura 43. Figura 43. Despliegue de comandos para el cálculo de armónicos. 8.4.5. Impedancia en función de la frecuencia Normalmente, los cálculos de respuesta en frecuencia se hacen para secuencia positiva y para secuencia cero, pero en este caso, solamente se hace para la secuencia positiva, dado que el rectificador teóricamente no genera armónicos de secuencia cero (armónicos de orden 3n). La presencia de desbalances puede generar armónicos de secuencia cero, los cuales normalmente son de magnitud despreciable como se puede observar en las medidas tomadas. 40
  • 42. Power Factory: Guía Básica de Uso Figura 44. Máscara principal del programa para análisis de flujo de carga armónico y espectro de frecuencia. Esta primera parte no permite establecer la magnitud de los problemas de armónicos, dado que no se tiene en cuenta cuáles armónicos y de cuál magnitud genera la fuente, pero sí permite detectar los casos en los que pueden presentarse problemas y las condiciones que los generan. Esta simulación se repite para varios pasos de compensación de reactivos, permitiendo detectar los casos más críticos, es decir, aquellos casos en los cuales se presenta resonancia paralelo en frecuencias cercanas a las frecuencias de los armónicos generados. 8.4.6. Respuesta en el tiempo 41
  • 43. Power Factory: Guía Básica de Uso En esta parte se modela el sistema, incluyendo las fuentes de armónicos. La respuesta en el tiempo es la que permite cuantificar los problemas de armónicos en el sistema. El objetivo es evaluar el contenido de armónicos de los voltajes de las barras del sistema y de las corrientes que circulan a través de éste, con lo cual se evalúan los índices para el contenido de armónicos con el fin de compararlos con los límites establecidos y determinar de esta forma la gravedad del problema. Para la realización de esta parte, el programa calcula los contenidos de armónicos de las variables eléctricas voltaje y corriente en cualquier rama del sistema. 42