Modelo de Cargas

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Los ingenieros de potencia generalmente toman decisiones en la operación o planificación, basados en los resultados de flujos de potencia y/o estudios de estabilidad.

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Operación de sistemas. 54 MW

53 MW

87%

1.05 pu Bus 1

9 MW 1.00 pu

Bus 3 110 MW 40 MVR

40 MW 20 MVR

46 MW

Case Hourly Cost 16899 $/hr

48 MW 73 MW 1.04 pu Bus 2

1.00 pu

Bus 4

128 MW MW 48 MW AGC ON

73 MW

80 MW 30 MVR

9 MW

48 MW MW OFF AGC 5 MW

47 MW

83% 83 MW Top Area Cost

81 MW Bus 5

7959 $/hr

43 MW

42 MW

1.01 pu 130 MW 40 MVR

MW AGC ON 187 MW 41 MW 1.04 pu Bus 6

21 MW

21 MW

200 MW 0 MVR MW AGC ON 200 MW

44 MW 1.04 pu

21 MW

Left Area Cost 4187 $/hr

21 MW Bus 7 200 MW 0 MVR

Right Area Cost 4752 $/hr 202 MW MW AGC ON

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Operación de sistemas. 40 MW

39 MW

1.05 pu Bus 1

38 MW

Bus 4

103 MW MW 32 MW AGC ON

110 MW 40 MVR

1.00 pu

26 MW

Case Hourly Cost 16875 $/hr

33 MW

40 MW 20 MVR

80 MW 30 MVR

1.00 pu Bus 3

63 MW

63 MW 1.04 pu Bus 2

38 MW

110 MW MW OFF AGC 17 MW

26 MW

77 MW

75 MW Bus 5

Top Area Cost 8026 $/hr

37 MW

39 MW

1.01 pu 130 MW 40 MVR

152 MW MW AGC ON 39 MW 1.04 pu Bus 6

20 MW

20 MW

200 MW 0 MVR 200 MW MW AGC ON

37 MW 1.04 pu

20 MW

Left Area Cost 4186 $/hr

20 MW Bus 7 200 MW 0 MVR

Right Area Cost 4662 $/hr 198 MW MW AGC ON

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Con una representación deficiente se producen errores que pueden tener un alto costo.
Tradicionalmente, las cargas son los componentes de los sistema eléctricos menos considerados respecto a los modelos matemáticos con los cuales pueden ser representados para estudios dinámicos.

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
El modelado de cargas es un objetivo difícil debido a factores como:     

Gran diversidad de componentes. Localización y propiedad de los dispositivos en las diversas instalaciones, que dificulta el acceso por parte de las compañías eléctricas. Variabilidad de la carga con respecto al período de tiempo, estación, clima, etc. Falta de información precisa de la composición de las cargas. Incertidumbres con respecto a las características de varias cargas, particularmente para grandes variaciones de voltaje o frecuencia.

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Las compañías a menudo almacenan información de los consumos para propósitos de pronóstico. Sin embargo esta información a veces no está disponible o no es directamente utilizable para fines de análisis.

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Conceptos Básicos  Carga
Una dispositivo conectado al sistema eléctrico que consume potencia
La potencia total consumida por todos los dispositivos conectados al sistema eléctrico
Una parte del sistema que no está explícitamente representado
La potencia de salida de un generador o planta generadora

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Conceptos Básicos  Componente: Equivalente de todos los dispositivos de un específico o similar tipo. Como por ejemplo:
Calentador de agua
Aire acondicionado
Luces fluorescentes

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Conceptos Básicos  Clase: Corresponde a una categoría, tales como:
Residencial
Comercial
Industrial

Para propósitos de modelación es útil agrupar varias cargas en clases, donde cada clase tiene similar composición y características

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Conceptos Básicos  Composición de la carga: Corresponde a la composición de la carga en términos de los componentes. Este término se puede asociar a la carga en barras del sistema.  Combinación de clases: Corresponde a la composición de la carga en términos de las clases  Carga Característica: Un conjunto de parámetros tales como, factor de potencia, variación de P con V, etc. Que caracterice el comportamiento de una carga específica.

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Terminología usada para describir diferentes tipos de modelos de carga 

Modelo de carga: Representación matemática de la relación entre el voltaje de barra (magnitud y frecuencia) y la potencia (activa y reactiva).



Modelo de carga estática: Modelo que expresa la potencia activa o reactiva en cualquier instante de tiempo como función de la magnitud del voltaje y frecuencia.



Modelo de carga dinámica: Modelo que expresa la potencia activa o reactiva en cualquier instante de tiempo como función de la magnitud del voltaje y frecuencia, para instantes de tiempo pasados. Se usan ecuaciones diferenciales.

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Terminología usada para describir diferentes tipos de modelos de carga 

Modelo de carga de impedancia constante: La potencia varía directamente con el cuadrado de la magnitud de voltaje.



Modelo de carga de corriente constante: La potencia varía directamente con la magnitud de voltaje.



Modelo de carga de potencia constante: La potencia no varía con los cambios en la magnitud de voltaje.

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Modelo polinomial de carga 

Se representa a través de una ecuación polinomial la relación entre potencia y magnitud de voltaje

 V  2 V  + a  P = P0 a1  + a 2 V  3 V0  0      V 2  Q = Q0 a 4  + a5  V  + a 6   V  V0    0 

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Modelo exponencial de carga 

Se representa a través de una ecuación exponencial la relación entre potencia y magnitud de voltaje P = P0  V   V0 

np

Q = Q0  V   V0 

nq



Los parámetros de este modelo son los exponentes np y nq, y el factor de potencia de la carga.



Notese que si los exponentes valen 0, 1 y 2 la carga se puede representar como de potencia constante, corriente constante e impedancia constante, respectivamente

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Modelo de carga dependiente de la frecuencia 

Un modelo de carga estática que incluye la dependencia con la frecuencia.



Esto se realiza multiplicando tanto un modelo de carga polinomial como un modelo de carga exponencial por una factor representado de la siguiente forma

[1 + a ( f − f )] f

0

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Modelo de carga usados en programas de simulación 

EPRI LOADSYN

KPV 1 KPV 2       V V [ ( ) ] ( ) P = P0  Pa1  1 KPF 1 f f 1 Pa + − + −  0 1  V  V0  0     KQV 1 KPV 2   Q0       V V Q = P0 Qa1  [ 1 + KQF1( f − f 0 )] +  [ 1 + KQF 2( f − f 0 )] − Qa1     V0   P0  V0   

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Modelo de carga usados en programas de simulación 

PSCAD

P = P0  V   V0 

NP

Q = Q0  V   V0 

[1 + K PF dF ]

NQ

[1 + K

QF

dF

]

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico
Datos para la modelación de carga

P = P0  V   V0 

KPV

Q = Q0  V   V0 

[1 + K PF dF ]

KQV

[1 + K

QF

dF

]

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico

Representación de cargas para análisis del comportamiento dinámico