Coordinación de protecciones de sistemas eléctricos de potencia mediante formulación de problema de optimización

Abstract

Las protecciones eléctricas se encargan de despejar las fallas que puedan llegar a ocurrir, siendo una pieza clave del sistema eléctrico. Dentro de las protecciones más empleadas se encuentran las de sobrecorriente por ser bastante económicas. No obstante, lograr una operación coordinada de este tipo de protecciones es complicado cuando el sistema reúne ciertas características. Por ello, se suelen emplear modelos simplificados para encontrar un ajuste que asegure una operación coordinada de estas protecciones. El objetivo de este trabajo es coordinar el ajuste de protecciones eléctricas de sobrecorriente mediante la formulación de un problema de optimización entero mixto no-lineal. Se busca con ello minimizar los tiempos de operación de las protecciones de manera coordinada, es decir, selectiva y sensitivamente. Para esto, se propone un problema de optimización que incluya todas las características de las protecciones de sobrecorriente, y se desarrolla un programa capaz de resolverlo. Dicho programa se construye en base a un sistema ilustrativo radial para posteriormente ser probado en el sistema benchmark IEEE 9 Busbars. Una vez obtenida la solución, esta es validada en el software ETAP. Finalmente, se vuelve a coordinar este sistema, pero esta vez considerando dos topologías en el problema de optimización. El programa es desarrollado en Python y se desglosa en tres partes. La primera parte, es el modelo del relé que consiste en un código orientado a objetos que reúne todo lo necesario para simular lo que ocurre entre que se produce una falla y la señal de apertura del relé. La segunda parte, es una rutina que establece el problema de optimización y lo resuelve mediante el software GEKKO. La última parte, es una rutina que establece las restricciones de coordinación en base a los datos de las corrientes de cortocircuito extraídos del software ETAP. Del trabajo realizado se extraen varias conclusiones. Primero, debido a que el sistema es enmallado, las protecciones direccionales son fundamentales para poder conseguir una operación coordinada de los relés. Por esto, se incorporan protecciones direccionales en este trabajo junto con las de sobrecorriente. Segundo, por la necesidad de redondear ciertos ajustes resultantes de la coordinación, dado el modelo del relé en ETAP, es necesario incluir ciertas variables como discretas. Al hacer esto, el problema de optimización se vuelve muy complejo de resolver, ante lo cual como solución se emplea una co-optimización. Por último, se concluye que, para asegurar la operación coordinada de los relés para múltiples topologías, es necesario incluir las restricciones de cada topología al problema de optimización, aunque esto lo vuelva más complicado de resolver.