Indice de detección de problemas de estabilidad de tensión en base a WAMS

Abstract

En la actualidad los sistemas eléctricos de potencia a menudo operan bajo condiciones de estrés, para satisfacer una demanda que es cada vez mayor, con una expansión de la red de transmisión relativamente limitada. Esto genera la necesidad de utilizar nuevos recursos de equipos, metodologías de análisis y herramientas computacionales para hacer frente a esta situación. En particular, la estabilidad de tensión ocupa un lugar preponderante dentro de los nuevos fenómenos que ponen en riesgo la seguridad del sistema, por ello reviste gran importancia el uso de indicadores que alerten de manera temprana sobre la posible ocurrencia de fenómenos que pudieran derivar en un colapso de tensión en la red. En este campo uno de los avances más promisorios es el uso de mediciones sincronizadas entregadas por los llamados Sistemas de Medición de Área Amplia (Wide Area Measurement Systems, WAMS en inglés), quienes obtienen la información de entrada para los indicadores de estabilidad de tensión en base a PMU (Phasor Measurement Unit). Al revisar el estado del arte en relación a estos índices de detección de estabilidad de tensión en tiempo real, se constata que la mayoría de los estudios e investigaciones evalúan los márgenes de estabilidad de tensión en el punto crítico (punta de la curva nariz), es decir, detectando la distancia al punto teórico de máxima transferencia de potencia del sistema. Este tipo de métodos, pueden llevar a análisis imprecisos ya que en el punto de máxima transferencia los niveles de tensión llegan a valores muy inferiores a los límites operacionales reales por lo que en la práctica se podría llegar a una situación de colapso de tensión sin ser detectado por esos indicadores. Por otra parte, para tener un análisis completo no basta con determinar la máxima trasferencia de potencia por el sistema de transmisión, sino que se debe verificar que el sistema tenga además los medios para proveer la cantidad de reactivos que dicha transferencia y carga requieren. Considerando que la estimación de estado en base a mediciones sincronizadas está disponible, este trabajo de investigación se dirige hacia el desarrollo de una mejora en la línea de índices de estabilidad de tensión usando dichas mediciones. Se propone un indicador llamado VSI-OC (Voltage Stability Index under Operational Conditions), el cual considera límites reales de operación y una evaluación de las reservas de reactivos del sistema. El indicador se obtiene de un problema de optimización propuesto, en el cual, se define el máximo incremento de carga en la barra como función objetivo, tomando como restricciones de igualdad las ecuaciones de flujo de potencia, y como restricciones de desigualdad los límites de reactivos de generación. Especialmente, el indicador considera límites de tensión de acuerdo a exigencias operativas, es decir, los estipulados en las respectivas normas técnicas. Para validar el método propuesto, se aplica a una simulación en un modelo del SIC de 114 barras, en el cual, se prueba el desempeño del índice propuesto bajo diferentes escenarios con el objeto de abordar un amplio espectro de estados de operación. Los índices cuantifican la seguridad del sistema en una escala de 0 a 1 , en donde, un valor cercano a 1 indica que la barra de carga dispone de un buen margen de estabilidad y un valor cercano a 0 indica que la barra esta cerca a violar los límites operacionales del sistema. Los resultados indican que el método cumple con el objetivo propuesto, permitiendo monitorear adecuadamente la proximidad de eventos que pueden derivar en un colapso de tensión. El índice VSI-OC da señales de alerta con mayor anticipación que los índices convencionales. De esta manera, el operador puede realizar una asignación de recursos de potencia reactiva en forma óptima y tomar las acciones de control necesarias para mantener el sistema en condiciones de operación normal, permitiendo una operación segura. Como trabajo futuro se propone extender la investigación a aplicaciones en tiempo real en base a WAMS, y enfrentar los mayores retos en el desarrollo de estas tecnologías, tales como manejo de congestiones en la red, control de flujos en tiempo real, control y protección en sistemas de área amplia (WAMPAC en inglés).