Tesis:
Desarrollo de un método de análisis de los flujos de cargas en un sistema de energía eléctrica, que permite controlar la obtención de más de una solución. Aplicación al estudio del fenómeno del colapso de tensión..
- Autor: CASTRO FERNANDEZ, Rosa María
- Título: Desarrollo de un método de análisis de los flujos de cargas en un sistema de energía eléctrica, que permite controlar la obtención de más de una solución. Aplicación al estudio del fenómeno del colapso de tensión..
- Fecha: 2013
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: INGENIERIA ELECTRICA
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/21643/
- Director/a 1º: PEREZ COYTO, Angel
- Resumen: El fenómeno de estabilidad de tensión y su relación con el colapso de tensión juegan un papel muy importante en la operación segura y fiable de los sistemas eléctricos. Por este motivo, este problema ha tomado gran relevancia en los últimos tiempos, de ahí que haya suscitado gran interés su estudio, tal como atestiguan los trabajos detallados en la bibliografía. Aunque la naturaleza del fenómeno del colapso de tensión es esencialmente dinámica, se puede estudiar desde un punto de vista estático, más aún si los parámetros del sistema presentan una evolución lenta, como es el caso de incrementos continuados del nivel de carga. El empleo del flujo de cargas para detectar la proximidad al colapso de tensión es una técnica muy difundida entre las múltiples herramientas e índices desarrollados para estudiar este fenómeno. En muchos de los trabajos consultados, la herramienta o metodología de resolución empleada presenta gran complejidad analítica de forma que la comprensión del fenómeno desde un punto de vista eléctrico queda enmascarado por problemas de tipo matemático. En esta tesis se pretende abordar el estudio del fenómeno de estabilidad de tensión empleando metodologías que permitan comprender el proceso de análisis desde su dimensión eléctrica haciendo uso de conceptos básicos de la teoría de circuitos y análisis de redes eléctricas. Por otra parte, las ecuaciones no lineales que resultan de la formulación del flujo de cargas presentan soluciones múltiples. De todas ellas, una corresponde con la solución conocida como estable y el resto como inestables o soluciones que, aunque analíticamente posibles, no son factibles en la operación del sistema eléctrico. El número de estas soluciones disminuye a medida que se carga el sistema, de tal manera que en las proximidades del colapso de tensión solo existe una pareja de soluciones muy próximas. La existencia del par de soluciones, una estable y otra inestable, cercanas, se puede emplear para estimar la distancia al punto de colapso de tensión o para calcular el margen de carga mínimo hasta dicho punto crítico. En este contexto, resulta de gran interés desarrollar métodos para localizar las soluciones múltiples de manera rápida y eficiente. En la bibliografía se han encontrado diversos métodos que abordan este problema y en ninguno de ellos la búsqueda de soluciones representa una tarea sencilla; en primer lugar por la dificultad analítica asociada a su búsqueda y en segundo por la incertidumbre de saber si las soluciones obtenidas son todas las analíticamente posibles. Básicamente existen dos métodos que abordan la tarea de buscar múltiples soluciones. El primero de ellos está basado en la realización de una estimación inicial adecuada de las soluciones inestables para posteriormente obtener las soluciones múltiples. El segundo método, desarrollado en los últimos años, emplea técnicas de álgebra simbólica, en concreto las bases de Gröbner, para resolver las ecuaciones del flujo de cargas y así obtener con total seguridad todas las soluciones analíticamente posibles. La implementación de este método presenta grandes deficiencias, pues el algoritmo que desarrolla las bases de Gröbner consume grandes recursos y colapsa los sistemas informáticos, incluso para sistemas pequeños de cinco nudos. Por tanto, esta segunda línea de investigación, que es atractiva en sí misma necesita de un estudio más profundo para superar las dificultades que presenta en su aplicación a la resolución del flujo de cargas. Cabe mencionar que en el caso del flujo de cargas de continuación, que emplea técnicas de continuación para trazar la curva P-U y cuyo objetivo es calcular el punto de colapso de tensión, se puede trazar la parte de la curva correspondiente a las soluciones inestables. En este sentido, aunque no es su propósito, esta técnica se puede considerar también como una herramienta de búsqueda de soluciones múltiples. Sin embargo, esta tarea no es eficiente, pues el tiempo de cálculo empleado es elevado. En esta tesis se han seguido dos líneas de trabajo. La primera de ellas desarrolla, como novedad, una extensión del teorema de la máxima transferencia de potencia cuando varía la carga de varios nudos de forma simultánea para calcular las admitancias, que se denominan críticas, de forma rápida, sin hacer uso de métodos numéricos. A partir de las mismas se obtiene la potencia total máxima que permite obtener información global sobre la cercanía al colapso de tensión. La segunda línea aborda el estudio de la estabilidad y proximidad al colapso de tensión mediante el análisis de los flujos de carga en los sistemas de energía eléctrica. Como principal aportación se propone el empleo de un nuevo tipo de nudo, que se ha denominado FU, para el análisis del flujo de cargas que permite obtener de manera rápida información global del comportamiento del sistema eléctrico de interés para el análisis del fenómeno de estabilidad de tensión considerando los límites del sistema. Este método permite realizar un seguimiento del comportamiento del sistema para calcular el margen de carga, predecir el colapso de tensión detectando zonas críticas, origen del problema subyacente, trazar la curva P-U de forma directa y rápida para calcular soluciones inestables, hasta servir de herramienta de apoyo en operaciones de planificación.