Análisis de huecos de tensión en redes de distribución

Real de la Barreda, Irene (2017). Análisis de huecos de tensión en redes de distribución. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Análisis de huecos de tensión en redes de distribución
Autor/es:
  • Real de la Barreda, Irene
Director/es:
  • Hernández Bayo, Araceli
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Febrero 2017
Materias:
Palabras Clave Informales: Hueco de tensión, red de distribución, generación distribuida, método de Monte Carlo, índices de hueco de tensión: SARFI 90, SARFI 70 y SARFISISTEMA
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

En este trabajo, se aborda el análisis de los huecos de tensión como perturbación que afecta a la calidad del suministro de energía eléctrica en los sistemas eléctricos. Se define hueco de tensión como un fenómeno eléctrico que se produce de forma repentina en un punto particular de la red eléctrica, y que da lugar a una disminución de la tensión por debajo de un valor umbral (habitualmente 0.9 p.u.) como consecuencia de un aumento extremo de la corriente. Su importancia se ha evidenciado con la creciente utilización de dispositivos electrónicos e informáticos que resultan vulnerables a este tipo de fallos. El objetivo principal de este proyecto es el análisis del comportamiento de los huecos de tensión en redes de distribución. Este tipo de estudios permiten evaluar el nivel esperado de huecos de tensión en los nudos del sistema y, por tanto, ayudan a determinar la conveniencia o no de implantar medidas. Por otra parte, el análisis en redes de distribución resulta de especial interés dado que, por un lado, es en este nivel donde se conecta la mayor cantidad de cargas y, por otro, muy a menudo los estudios de huecos se realizan en redes de transporte por lo que existe un mayor desconocimiento del comportamiento de las redes de distribución. Un hueco de tensión se produce por una reducción súbita de la tensión en un punto del sistema eléctrico. Para que esta caída pueda ser considerada como hueco, debe situarse por debajo de un valor umbral, recuperando los valores habituales de tensión en un intervalo breve de tiempo. La causa principal de que se produzcan estas perturbaciones en el sistema son los cortocircuitos. Los cortocircuitos pueden tener diversos orígenes, como por ejemplo defectos en los aislamientos, condiciones meteorológicas complicadas o contacto con animales o árboles. La importancia de este tipo de faltas radica en la imposibilidad de eliminar los factores que los producen. En la severidad de los huecos influyen numerosos factores, siendo los más significativos la impedancia y localización de la falta, la forma de actuación de las protecciones, la conexión de la carga y el tipo de fallo. La capacidad de suministro de energía de la red está directamente relacionada con la tensión, en consecuencia, si la tensión disminuye ambas lo hacen. Esto provoca fallos en los equipos conectados a red que necesitan cierta calidad en su alimentación y pueden ver perjudicado su rendimiento. Las redes de distribución tienen como función principal el suministro de energía desde la subestación de distribución hasta los usuarios finales. Abarcan un rango de tensiones de entre 3 y 220 kV. Sin embargo, hoy en día se ha alterado la estructura tradicional de las redes de distribución, dónde la energía se transmitía desde los centros de producción hasta los consumidores finales de manera unidireccional. Ha surgido un nuevo concepto denominado generación distribuida, que para el sector español se define como una fuente de pequeña potencia de generación eléctrica, conectada a las redes de distribución en puntos cercanos al consumo. En este trabajo, se va a aplicar este nuevo concepto para determinar su efecto sobre el número de huecos de tensión en este tipo de redes. La determinación de los huecos de tensión mediante procesos de monitorización plantea algunas desventajas, como por ejemplo, que al ser los huecos eventos esporádicos con una frecuencia de aparición relativamente baja, la monitorización debe realizarse durante un periodo de tiempo largo, por lo que es un proceso costoso. Además, no es posible emplear este método cuando se trata de una red en diseño o planificación, todavía no puesta en marcha. El método de Monte Carlo es un método estocástico que realiza simulaciones por ordenador y es capaz de estimar la cantidad de huecos de tensión que se producen en un sistema durante cierto periodo de tiempo. Este método trabaja con variables de entrada aleatorias que se ajustan a una cierta distribución de probabilidad para obtener una estimación probabilística de las variables de salida. En este trabajo, las variables de entrada utilizadas son: el tipo de falta, su localización, la impedancia de fallo y la duración de las faltas. Las variables de salida son los índices de huecos de cada nudo y del sistema en su conjunto. En el presente trabajo se ha implementado este método de estimación mediante un programa denominado PEHT (Programa para la Estimación de Huecos de Tensión), desarrollado en el departamento de Ingeniería Eléctrica de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales. No obstante, ha sido necesario analizar el código a fin de modificar ciertas partes para adaptar los parámetros del PEHT a los valores característicos de las líneas de distribución (probabilidad de fallos al año y por línea) y a la lectura de los datos de las redes utilizadas. En este trabajo, se han realizado casos de estudio sobre dos redes de distribución de distribución. La primera, es una red de prueba radial de 12,66 kV de tensión base, que se compone de 32 nudos, 36 líneas y un generador real (nudo 0 ficticio). La segunda red es también una red de prueba pero, en este caso, tiene 118 nudos, 132 líneas un generador real de 11kV de tensión base y se llama IEEE 118. Ambas redes permiten diferentes configuraciones mediante la apertura y cierre de interruptores. En una de las configuraciones plantean una topología radial pura mientras que, al cerrar ciertos interruptores se pueden dejar ciertas zonas en anillo, creando una estructura con cierto nivel de mallado. Se han realizado numerosos casos de estudio para extraer conclusiones referentes al comportamiento en términos de huecos de tensión de las dos redes analizadas. En el análisis realizado se han estudiado diferentes modalidades y casos. Con modalidad se hace referencia a la configuración de la red (radial o mallada) y a la existencia o no de generación distribuida. Los casos estudiados analizan diferentes escenarios de la probabilidad de fallos al año. Así, se han analizado cuatro modalidades y tres casos: Modalidad Original: En la modalidad original se suponen abiertas todas las líneas posibles (5 en la IEEE 33 y 15 en la IEEE 118) y, por tanto, la configuración de la red es totalmente radial. Modalidad Con Líneas Cerradas: como su nombre indica, la totalidad de las líneas está cerrada (configuración con mallado de las líneas). Modalidad Con Generación: este es el punto en el que se ha introducido la generación distribuida. Se ha considerado un generador en tres nudos estratégicos de la red para intentar reducir el número de huecos de tensión del sistema (en cada caso un generador en cada nudo, realizando 3 casos para cada red). Además, se van a analizar generadores de distintas potencias: .- Generador con potencia de 3MVA .- Generador con potencia de 6MVA .-Generador con potencia de 9MVA Modalidad Con Generación y Con Líneas Cerradas: para este caso se ha introducido la misma generación distribuida descrita anteriormente, pero con la configuración de líneas cerradas. Dentro de cada modalidad se han analizado tres casos en los que se varía la probabilidad de fallos al año que se va a introducir en el programa, para analizar cómo afecta esta variable a la cantidad de huecos de tensión. En el trabajo realizado, se ha analizado y comparado el nivel de huecos obtenido entre la modalidad original de cada una de las redes, con los demás casos estudiados. Los datos se han obtenido para simulaciones de 500 años (realizadas con el programa PEHT). A modo de ejemplo, se muestran los resultados obtenidos para la modalidad original (red radial con líneas abiertas) que constituyen el punto de partida para la comparación con los demás casos estudiados. En concreto, se muestra el esquema de la red IEEE 33 donde se señalan con diferente código de colores los nudos con número de huecos inferior o superior a la media del sistema. También se ha marcado en la figura, con un círculo morado, los nudos 18, 4 y 32, en los que se introduce generación en la modalidad con generación. Las principales conclusiones obtenidas de los estudios realizados son: -En las dos redes estudiadas se ha observado que el nudo que posee menor número de huecos de tensión es el nudo balance. Además, su influencia es de suma importancia, pues los nudos conectados a él también tendrán pocos huecos, aumentando esta cantidad con la lejanía respecto al nudo balance. -Un efecto similar ocurre al introducir generación en un nudo particular de la red, este nudo ve reducido su número de huecos de tensión y el de los nudos cercanos. -En relación al sistema en su conjunto, habrá una mayor reducción de huecos de tensión al colocar el nuevo generador lo más alejado posible del nudo balance, y si este posee una potencia alta (menos huecos de tensión con un generador de potencia 9MVA que 3MVA). - En redes tan extensas como la IEEE 118 la generación distribuida sólo afecta al segmento dónde se coloca el nuevo generador, no afectando a las zonas más lejanas. -Al introducir generación en un sistema se aprecian más cambios en el indicador SARFI 90 (huecos con tensión inferior a 0.9 p.u.) que en el SARFI 70 (huecos con tensión inferior a 0.7 p.u.). -Al cerrar todas las líneas de la red, existe un cambio en el reparto de los huecos de tensión con respecto la configuración de líneas abiertas, tanto para el caso sin generación adicional cómo con generación distribuida. De manera general, suele observarse que en el primer caso (con líneas cerradas y sin generación adicional) se reduce el número de huecos de tensión del-sistema para la red de 33 nudos, y se aumenta para la de 118; mientras que en el segundo (con líneas cerradas y generación distribuida) se aumenta siempre la cantidad de huecos. Mediante el estudio realizado, se ha permitido mejorar el conocimiento sobre el comportamiento de las redes de distribución en materia de huecos de tensión, y el impacto de fenómenos de importancia creciente como es la generación distribuida. Con estos datos se pueden abrir nuevas líneas de investigación para tratar no sólo de reducir el número de huecos, sino también de caracterizar y determinar sus efectos.

Más información

ID de Registro: 46129
Identificador DC: http://oa.upm.es/46129/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:46129
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 29 May 2017 07:11
Ultima Modificación: 29 May 2017 07:11
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