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Desarrollo e integración de un modelo de
restauración de servicio eléctrico en una plataforma
interactiva para redes eléctricas de distribución
Code: 12.013
Lisa Soto B., Héctor Vargas O., Jorge Mendoza B., Rodrigo Martínez C.
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
17/11/2017 1
• Restauración de Servicio Eléctrico
• Plataforma de simulación SENSimulator
• Modelo de restauración de servicio
• Estado Normal
• Estado de Emergencia
• Estado de Restauración
• Resultados Obtenidos
• Conclusiones
Contenido
17/11/2017 2
Restauración de Servicio Eléctrico
17/11/2017 3
SENSimulator (Smart Energy
Networks Simulator) es una
aplicación computacional, que
permite crear de manera rápida e
intuitiva una red eléctrica de
distribución mediante el uso de
grafos no dirigidos compuestos
por vértices y enlaces.
Esta herramienta se encuentra en
desarrollo por estudiantes de la
Escuela de Ingeniería Eléctrica de
la PUCV.
Plataforma de simulación SENSimulator
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La plataforma de simulación no cuenta con soluciones centralizadas
asociadas al problema de restauración de servicio eléctrico.
Por lo que se plantearon los siguientes objetivos:
Implementar un modelo centralizado de restauración de servicio
para redes eléctricas de distribución e incorporarlo al entorno de
simulación SENSimulator.
Implementar un algoritmo de restauración de servicio eléctrico
utilizando algoritmos genéticos como técnica de optimización para la
búsqueda de la mejor solución de configuración de la red ante la
ocurrencia de una falla.
Diseñar e implementar un mecanismo genérico de integración de
éste algoritmo en el entorno de simulación.
Objetivos
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Modelo de restauración de servicio
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Topología Inicial
Localización de la falla
Falla
Identificación y aislación de cargas
afectadas
Reconfiguración de la red
Reparación de la falla
Estado Normal Estado de Emergencia
Estado de Restauración
Estado Normal
• Los datos de la red son conocidos e
ingresados por el usuario en cada
elemento del sistema.
• Las mallas fundamentales son
ciclos cerrados en una red que no
contienen otros ciclos cerrados en su
interior. Estas serán definidas a partir
de la numeración de las líneas de la
red y serán utilizadas para la
codificación del algoritmo
genético.
Modelo de restauración de servicio
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Codificación del Algoritmo
Modelo de restauración de servicio
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1 2
3
4 5 6
7 3 4 7
Individuo Factible: Líneas que se pueden abrir Condición de radialidad:
𝑁𝐿 − 𝑁𝐵 + 1 = 0
4 − 5 + 1 = 0
1 2
5 6
1 2 3 3 4 5 5 6 7
Mallas Fundamentales
Modelo de restauración de servicio
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𝐶𝑖𝑐𝑙𝑜1 = [𝐿1, 𝐿2, 𝐿4, 𝐿5, 𝐿17,
𝐿11, 𝐿9, 𝐿10, 𝐿18, 𝐿14, 𝐿13, 𝐿3] 𝐶𝑖𝑐𝑙𝑜2 = [𝐿1, 𝐿2, 𝐿4, 𝐿5, 𝐿17, 𝐿11, 𝐿9, 𝐿8]
∩
Modelo de restauración de servicio
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𝑀𝐹3 = [𝐿5, 𝐿6, 𝐿7, 𝐿19, 𝐿16, 𝐿15, 𝐿14, 𝐿18, 𝐿10, 𝐿9, 𝐿11, 𝐿17]
𝑀𝐹1 = [𝐿1, 𝐿2, 𝐿4, 𝐿5, 𝐿17, 𝐿11, 𝐿9, 𝐿8]
𝑀𝐹2 = [𝐿2, 𝐿3, 𝐿8, 𝐿13, 𝐿10, 𝐿18, 𝐿14]
Estado de Emergencia
Cada línea cuenta con la
información de ubicación de
elementos de protección que
describe el tipo de elemento, si se
encuentra ubicado al inicio, al final
de la línea, o en ambos extremos.
Conociendo esto, se realiza una
búsqueda de las protecciones
ubicadas alrededor de la falla con
tal de aislarla del sistema.
Modelo de restauración de servicio
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Estado de Restauración:
Algoritmo Genético
Modelo de restauración de servicio
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Inicio
Generación de población inicial
Condición de salida
Solución Final
Operadores Genéticos
Evaluación
NO
SI
Cruza Mutación
Función Objetivo Restricciones
Modelo de Optimización
𝑅(𝑇): representa a la red que se encuentra en función de su topología 𝑇.
(1) Límite térmico por los conductores donde 𝐿
(2) Regulación de tensión en los nodos.
(3) Restricción de radialidad del sistema
Modelo de restauración de servicio
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𝑀𝑖𝑛 𝑃 𝑅 𝑇 = 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑅 𝑇
𝑠. 𝑎:
𝑖𝐿 ≤ 𝑖𝐿𝑚𝑎𝑥 ∀𝐿 ∈ 𝑅 𝑇 (1)
𝑉𝐵𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑉𝐵 ≤ 𝑉𝐵𝑚𝑎𝑥 ∀𝐵 ∈ 𝑅(𝑇) (2)
𝑁𝐿 − 𝑁𝐵 + 1 = 0 ∀𝐿, 𝐵 ∈ 𝑅(𝑇) (3)
Sistema Civanlar Este sistema está compuesto por 19 líneas y 17 nodos. Posee una potencia instalada de 18.47[MW] y 5.9 [MVAr], donde se considerarán como condiciones iniciales de operación, las líneas 10, 11 y 19 abiertas en cuyo caso, las pérdidas son de 0.4661 [MW].
Resultados
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Características
Número de líneas 19
Número de barras generadoras 1
Número de cargas 16
Tensión nominal [kV] 23
Potencia base [MVA] 100
Factor de energía 1
Resultados
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Sistema Baran
Este sistema está compuesto por 37
líneas y 33 nodos. Posee una
potencia instalada de 3.715MW] y
2.3 [MVAr], donde se considerarán
como condiciones iniciales de
operación, las líneas 7, 9, 14, 32 y
37 abiertas en cuyo caso, las
pérdidas son de 0.1397 [MW].
Resultados
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Características Número de líneas 37
Número de barras generadoras 1 Número de cargas 32
Tensión nominal [kV] 12.66 Potencia base [MVA] 10
Factor de energía 1
Resultados
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• El problema de restauración de servicio eléctrico ha sido implementado en su totalidad en la plataforma de simulación, presentando resultados de simulación bastante rápidos y simples de interpretar.
• La problemática se trató considerando todas las etapas del proceso de manera genérica, con tal de que la plataforma sea capaz de entregar una solución óptima de configuración en cualquier red.
• La herramienta de simulación SENSimulator tiene un gran potencial para el estudio e investigación sistemática de problemas de operación y planificación en redes eléctricas de distribución, principalmente, respecto a su tratamiento desde el ámbito de las redes inteligentes.
• El entorno gráfico desarrollado hace muy intuitivo el tratamiento del problema, siendo una herramienta bastante sencilla de utilizar.
Conclusiones
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Muchas Gracias
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Resultados
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Falla en
línea
Cerrar
líneas
Abrir
líneas
Op.
Switch
Pérdidas
[MW]
Tiempo
[ms]
2 10-11 9 3 0.849 419
6 19 - 1 0.456 241
9 10 14 2 0.174 226
18 10 - 1 0.493 199
Pruebas realizadas en red Civanlar para dos GD de FP=0.85
Resultados
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Nodo
GD1 MW
Modo de
Operación
Nodo
GD2 MW
Modo de
Operación
Abrir
líneas
Cerrar
Líneas
Pérdidas
[MW]
Tiempo
[ms]
5 20 IM 8 5 SM 7-1-9 10-11-19 0.4652 1287
5 20 SM 8 5 SM 7-9 10-11-19 0.5561 450
5 20 IM 17 20 IM 1-6-9-15 10-11-19 0.474 1375
5 20 SM 17 20 SM 6-9 10-11-19 0.946 533
8 20 IM 14 10 SM 3-6-15 10-11-19 0.5651 1146
8 20 SM 14 10 SM 9-15 10-11-19 0.8618 499
8 5 SM 14 10 IM 3-9 10-11 0.5712 956
8 5 SM 14 10 SM 9 10-11-19 0.5796 463
Resultados
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Falla en línea Cerrar líneas Abrir líneas Op. Switch Pérdidas [MW] Tiempo [s]
4 7-37 - 2 0.154 2.87
13 14 - 1 0.143 1.83
17 32-37 28 3 0.135 1.72
25 37 - 1 0.139 1.63
Pruebas realizadas en red Baran para distintos GD en distintas barras del
sistema con FP=1
Resultados
17/11/2017 25
GD en nodo MW Abrir líneas Cerrar Líneas Pérdidas [MW] Tiempo
[ms]
s/GD - 30-34 14-32-7 0.6159 3000
6 0.1 24-30 14-32-7 0.5873 3432
6 1 24-30 14-32-7 0.3897 2928
6 3 24-31 32-37-7 0.2189 2979
29 0.1 30-34 14-32-7 0.5852 2929
29 1 23-30-34-11 14-32-37-7-9 0.3668 2941
29 3 23-15-11-34 32-37-9-14 0.2229 2994
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