Tutorial Basico Digsilent

Power Factory Guía Básica de Uso

DIgSILENT GmbH Heinrich-Hertz Str. 9 72810 Gomaringen, Germany Tel. +49(0)7072/9168 Fax +49(0)7072/9168-88 http://www.digsilent.de

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CONTENIDO

1.

CARACTER CARACTERISTIC ISTICAS AS DEL PROGRAM PROGRAMA........... A......................... ........................... ........................... ........................... ........................... ........................2 ..........2

2.

FUNCIONES FUNCIONES PRINCIPA PRINCIPALES LES Y ESPACIO ESPACIO DE TRABAJ TRABAJO............... O............................. ........................... ........................... ...................2 .....2

FIGURA FIGURA 4. MENÚ CALCULATI CALCULATION ON ........................... ......................................... ............................ ........................... ........................... ............................ .......................6 .........6 FIGURA 5. MENÚ DATA............................................................................................................................7 FIGURA 6. MENÚ OUTPUT.......................................................................................................................7 FIGURA 7. MENÚ OUTPUT/SINGLE LINE GRAPHIC........................................................................8 FIGURA FIGURA 8. MENÚ OPTIONS OPTIONS .......................... ........................................ ........................... ........................... ............................ ............................ ........................... ......................9 .........9 3. ADMINISTRACIÓN ADMINISTRACIÓN DE INFORMACIÓN......... INFORMACIÓN .................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................11 ......11 4. MÓDULO DE FLUJO DE CARGA......................................................................................................16 5. MODULO DE CORTO CIRCUITO .................... .......... ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... ..................... ...................... .................23 ......23 6. MÓDULO DE ESTABILIDAD..............................................................................................................28 7. MÓDULO MÓDULO DE PROTECCIO PROTECCIONES NES .......................... ........................................ ............................ ............................ ........................... ........................... ........................38 ..........38 8. MÓDULO PARA EL CÁLCULO DE ARMÓNICOS.........................................................................39

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1. CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS DEL PROGRAMA El DIgSILENT Power Factory Factory es una herramienta integrada para el análisis de sistemas eléctricos de  potencia caracterizando caracterizando técnicas confiables confiables y flexibles flexibles de modelado y algoritmos. Ha sido desarrollado desarrollado con la nueva tecnología de programación orientada a objetos y lenguaje de programación C++. Logra el mejor  compromiso entre flexibilidad ilimitada y requerimientos de fácil manejo, siendo completamente compatible con Windows 95/98/NT y 2000.

2. FUNCIONES PRINCIPALES Y ESPACIO DE TRABAJO 2.1 Funciones: • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Flujo de potencia AC/DC Análisis de Corto Circuito VDE/IEC Fallas generales/Análisis de Eventos Simulación dinámica (RMS) Simulación de Transitorios Electromagnéticos EMT Análisis de Eigenvalores Reducción de redes Coordinación de Relés de protección Chequeo de la respuesta de unidades de Protección Análisis Armónico Cálculo de Confiabilidad Despacho Económico Interfases SCADA / GIS Lenguajes DSL ++ y DPL Diagramas unifilares del sistema modelado Diagrama de configuración de subestaciones Instrumentos virtuales para visualizar resultados Interface A/D Medinas 2000 A/D

Todas estas funciones tienen acceso a una base de datos relacional rápida y común, con un sistema integrado de manejo de casos de estudio y escenarios de sistemas. Algunas características adicionales incluidas: •

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Capas múltiples integradas, ventanas múltiples para ver simultáneamente diagramas unifilares u diagramas de subestaciones. Generación automática de configuración de subestaciones acorde al manual de la ABB con 5 configuraciones básicas, que pueden ser editadas de acuerdo a las especificaciones requeridas por el usuario. El sistema más moderno de ventanas con un administrador de datos integrado (Data Manager). Un administrador del sistema, con filosofía de manejo no redundante para la definición de casos de estudio y escenarios del sistema. Cálculo de parámetros (OHLs, cables, maquinas, etc.).

2.2. Espacio de trabajo El programa utiliza un ambiente de trabajo muy similar al que se utiliza en Windows, las ventanas más importantes se muestran en la Figura 1.

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Ventana principal (1) Ventana del administrador de datos (Data Manager) (2) Ventana gráfica (3) Ventana de salida (4) También podemos observar la barra de título, la barra del menú principal y la barra de estado. • • • •

Comencemos por estudiar los submenús que se encuentran en la barra del menú principal.

2.2.1. File En la Figura 2 se observa el despliegue del menú file en el menú principal.

2.2.1.1. Examples Contiene ejemplos de diversos sistemas (transmisión, distribución) con aplicación de los programas de flujo de carga; análisis de cortocircuito y cálculo de transitorios.

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Figura 1. Espacio de trabajo 2.2.1.2. Setup Tutorial Acceso a un tutorial preparado para las funciones básicas del programa.

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Figura 2. Menu File 2.2.1.3. New, Open, Close Project Funciones para crear, abrir y cerrar proyectos de trabajo.

2.2.1.4. Open Graphic Función para abrir un diagrama unifilar existente.

2.2.1.5. Open New Data Manager Acceso al administrador de datos del DIgSILENT.

2.2.1.6. Open New Text Editor Acceso al text editor del DIgSILENT.

2.2.1.7. Conversion Función para convertir archivos que se encuentran en la versión 10.3xx, PSS/E, PSS/U, NEPLAN, GIS,  NETCAL y SQD a la nueva versión.

2.2.1.8. Import, Export Funciones para exportar e importar los archivos generados (*.dz). Con esto se puede mantener un backup de la información generada o poder realizar el intercambio de información, en el evento de no tener una  base de datos centralizada.

2.2.1.9. Print, Page Setup, Printer Setup 4

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Acceso para definir funciones y configuración de impresión.

2.2.2. Edit En la Figura 3 se observa el despliegue del menú Edit.

Figura 3. Menu Edit 2.2.2.1. Single Line Graphic Se tiene acceso a las propiedades de los diagramas unifilares de los casos que se encuentren activados y a funciones como copiar, cortar, pegar, deshacer, borrar y seleccionar.

2.2.2.2. Output Window Cuando está maximizada la ventana de salida (ourput window) y con un click derecho en la misma, es  posible realizar funciones como: definir los settings de los mensajes que aparecen en la pantalla, editar, copiar, seleccionar y abrir el editor para modificar los settings del texto.

2.2.2.3. Project Para definir áreas nuevas de trabajo (grids) o casos nuevos de estudio en el proyecto activo.

2.2.2.4. _Study Case Edita el caso de estudio activo. En esta opción es posible: cambiar el nombre, mirar el contenido del caso de estudio, saber cuántas áreas y escenarios están asociados al caso de estudio activo y definir los prefijos de las unidades (Voltios, Amperios y Voltiamperios).

2.2.3. Calculation En la Figura 4 se puede observar el despliegue del menú Calculation.

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Figura 4. Menú Calculation 2.2.3.1. Load Flow Con esta opción se accede a la pantalla flotante del flujo de carga y sus opciones respectivas, por ejemplo: Flujo de carga con dependencia de la tensión, adaptación automática de modelos, sistemas balanceados o desbalanceados, ajuste automático de taps de transformadores, etc.

2.2.3.2. Short Circuit Acceso a la pantalla flotante del módulo de análisis de fallas y las funciones respectivas, por ejemplo: Método de solución y cálculo de las fallas (IEC, VDE), barras bajo falla, tiempo de interruptores, corrientes de corto, factores de corrección por tensión, consideración de motores, etc.

2.2.3.3. Stability Para acceder a las funciones propias del módulo de estabilidad, como son: la comprobación de las condiciones iniciales, la definición de los tiempos de arranque y paro de la simulación, análisis modal u de identificación de parámetros.

2.2.3.4. Harmonics Acceso a la máscara flotante del módulo de Armónicos, con funciones particulares como por ejemplo: Cálculo de THD bajo las normas IEEE o DIN, característica de Impedancia – Frecuencia, distribución de las fuentes de tensión – corriente de armónicos.

2.2.3.6. Protection Acceso a la ventana flotante para ejecución de un estudio de coordinación de protecciones.

2.2.3.7. Tower Types Definición del tipo de torre asociado a una línea.

2.2.3.8. Optimal Power Flow Función para realizar un flujo de carga óptimo, definiendo valores al despacho de potencia activa, así como factores varios de penalización.

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2.2.3.9. Reset Calculation Borra de la memoria los cálculos realizados hasta el momento.

2.2.4. Data En la Figura 5 se observa el despliegue del menú Data.

Figura 5. Menú Data 2.2.4.1. Stability Con esta opción es posible seleccionar las variables que se quieren monitorear y también editar los eventos  para la simulación de estabilidad.

2.2.4.2. Harmonics Definición de los datos necesarios para el estudio de armónicos, fuentes de corriente, tablas de frecuencia, etc.

2.2.5. Output

Figura 6. Menú Output En la Figura 6 se observa la pantalla con el menú de

Output desplegado.

En al pantalla se especifican a gusto del usuario la presentación de los resultados y los análisis particulares de cada una de las funciones estudiadas, por ejemplo: flujo de carga, cortocircuito, estabilidad, etc.

2.2.5.1. Single Line Graphic

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Figura 7. Menú Output/Single Line Graphic Este menú se emplea para modificar los atributos específicos de presentación en los diagramas unifilares, filtros de colores para los niveles de tensión, y el bloque de leyendas.

2.2.5.2. Results for Edge Elements Para configurar el tipo de resultados que se presentan en los elementos de rama en el diagrama unifilar. Es  posible seleccionar resultados predefinidos como son: Cargabilidad de la línea; potencias activa, reactiva o aparente; tiempo de operación de relés; nombre de la protección asociada; o elegir algunos formatos que son editables por el usuario.

2.2.5.3. Results for Buses Es posible elegir que se presenten las tensiones fase-fase o fase-neutro de las barras o elegir una máscara de resultados para las barra, la cual es editable.

2.2.5.4. Documentación of Device Data Con esta función podemos obtener una lista en la ventana de salida de todos los elementos, por ejemplo: si el elemento es un transformador, el usuario puede solicitar datos del mismo como: tipo, grupo de conexión, niveles de tensión, número de taps, etc.

2.2.5.5. Comparing of Results on/off  Con esta función podemos obtener una lista en la ventana de salida de todos los elementos, por ejemplo: si el elemento es un transformador, el usuario puede solicitar datos del mismo como: tipo, grupo de conexión, niveles de tensión, número de taps, etc.

2.2.5.6. Edit comparing of Results Sirve para ajustar los rangos de desviación de las variables antes mencionadas y así asignarle un color a cada uno para que sea mostrado en el diagrama unifilar.

2.2.5.7. Load Flow/Short – Circuit Es posible después de haber montado un sistema, obtener una lista de las áreas que están aisladas y de los elementos que por cualquier motivo no conectamos. También después de haber corrido un flujo de carga o un corto circuito podemos obtener un reporte en la ventana de salida, escogiendo qué resultados deseamos ver. 8

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2.2.6.

Options

Figura 8. Menú Options Se definen los settings del usuario para los diagramas unifilares, formatos del dibujo y activación o desactivación de las herramientas de dibujo en los diagramas unifilares.

2.2.7.

Window

Figura 9. Menú Window Para el manejo de las ventanas en la plataforma de trabajo, personalización de los iconos y espacio de trabajo se emplean las funciones dentro del menú: ARRANGE ICONS, ARRANGE WINDOWS, TILE HORIZONTALLY, TILE VERTICALY, CASCADE, son comandos esencialmente para organizar las ventanas y su distribución dentro del espacio de trabajo.

2.2.7.1. Save Workspace Para salvar una distribución particular del espacio de trabajo definida por el usuario.

2.2.8.

Help

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Figura 10. Menú Help En la Figura 10 se puede observar el despliegue del Menú Help en la barra de menú principal.

2.2.8.1. Getting Started Permite el acceso directo al material de ayuda en línea para el usuario inicial.

2.2.8.2. User Manual Comando para acceder al manual del usuario básico.

2.2.8.3. Technical Reference Comando para acceder a la ayuda en línea, sobre el soporte técnico de los distintos tópicos del programa. Por ejemplo: funciones de cálculo, modelación de subestaciones, modelos de elementos, etc.

2.2.8.4. Frequently Asked Questions – FAQS –  Permite el acceso a la respuesta de algunas de las preguntas más recientes que se presentan al comenzar la interacción con el programa.

2.2.8.5. About DigSILENT Abre una ventana que presenta información correspondiente a la versión del programa que está siendo empleada, los derechos de autor y los módulos disponibles en la versión que se está trabajando. Además nos puede dar información acerca de si estamos en modo DEMO VERSION; es decir, si el programa no  pudo leer la licencia.

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3. ADMINISTRACIÓN DE INFORMACIÓN Los sistemas de potencia eléctricos se caracterizan por estar acompañados de muchos elementos los cuales a su vez contienen o están definidos por muchas variables internas. El objetivo del Data Manager es facilitar la administración de la información a los usuarios finales, es por eso que tiene definida una estructura jerárquica de información, en la cual se identifican las siguientes secciones principales. Ver  Figura 11. • • •

Examples System User 

Figura 11. Data Manger carpetas principales.

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Dentro de las carpetas Examples se resaltan los ejemplos de sistemas de transmisión AC y DC, sistemas de distribución, protecciones, armónicos y estabilidad. La carpeta contiene subcarpetas como Librería,  papelera de reciclaje, formatos, settings y otras, las cuales contienen información básica para el funcionamiento del programa. En la carpeta usuario se espera que sean administrados los casos desarrollados y en el cual puede estar contenida la base de datos desarrollada por el usuario del sistema.

3.1. Administración de los proyectos Un buen concepto sobre manejo de información y ejecución de estudios requiere básicamente los siguientes ítems: • •

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• •

Definición de casos bases de un sistema eléctrico de potencia. Cuando son requeridas divisiones de áreas eléctricas del sistema, tener muy claras las pautas para la generación de dichas divisiones. Crear los casos de estudio que sean necesarios asociando los resultados particulares que se requieran a los elementos eléctricos en la red. Activar los casos de estudio y realizar la ejecución de los módulos del programa. Generar los reportes necesarios para el análisis y presentación de resultados.

3.2. Generación de un System Stage Por System Stage dentro del DIgSILENT Power Factory se entiende la modificación hecha sobre una red eléctrica (Grid), la cual toma en principio la topología de datos de la red original. Se puede decir que un System Stage es una derivación de la red inicial. Esta modificación puede ser una expansión o disminución de la red (entrada o salida de elementos), una variación en la demanda, cambio de parámetros de un elemento, etc. Para crear un System Stage se procede ubicando el cursor sobre la red eléctrica seleccionada para este efecto y con un click derecho se despliegan las opciones, seleccionanado New / System Stage, como se muestra en la Figura 12.

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Figura 12. Despliegue para crear un nuevo System Stage. A continuación se le define nombre a esta modificación de red. Al hacer este proceso y teniendo activado el System Stage, la información contenida en la red inicial se desplaza en su totalidad para el System Stage creado. La comparación de las dos condiciones: antes y después de la creación se muestra en la Figura 13. Cualquier modificación hecha en el System Stage sobre la red original, genera un historial, al cual es  posible acceder. Para tener dicha información disponible es necesario ejecutar la opción History al ubicar  el curso sobre el System Stage en cuestión y dar un click derecho; la información aparece en la ventana de salida

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Figura 13. Comparación de Data Manager con nuevo System Stage. 3.3. Generación de un nuevo caso de estudio Al crear un nuevo proyecto por defecto el DIgSILENT Power Factory crea un caso de estudio. Como se describió anteriormente, uno de los componentes del caso de estudio es el Summary Grid (Resumen de redes), el cual contiene las redes que se solucionarán en los distintos módulos del programa. Para la creación de un nuevo caso de estudio, se ubica el puntero sobre el proyecto y con un click derecho se despliegan las distintas opciones utilizando New / Study Case. A este nuevo caso de estudio se le asignan los System Stage generados dentro de las redes originales, los cuales constituyen un caso con la topología de la red inicial y una proyección de demanda. Con este caso activado y al correr flujo de carga se pueden observar sobrecargas en los elementos. Para solucionar esto, es necesario hacer los refuerzos en transformación identificados en los flujos de carga anteriores, los cuales son a su vez una modificación sobre el sistema original (sistema con proyección de demanda). Así es necesario generar un nuevo System Stage dentro del ya creado, para realizar en ellos los refuerzos de transformación necesarios. Para solucionar estas redes es necesario generar un nuevo caso de estudio, el cual tendrá en su Sumary Grid los últimos System Stages generados. Ver Figura 14.

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Figura 14. Data Manager con nuevos casos de estudio. Al activar el último caso de estudio se puede verificar la condición resultante con la proyección de demanda y con los refuerzos de transformación.

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4. MÓDULO DE FLUJO DE CARGA Como es sabido, el problema de flujos de carga comprende el cálculo de los flujos de potencia y las tensiones en un sistema bajo condiciones normales de operación. La mayor parte de los sistemas de transmisión están bien balanceados y una representación monofásica de la red puede ser usada en este caso. En sistemas de distribución, sin embargo, el sistema no es balanceado, lo cual requiere de una representación completa (trifásica) de la red. El módulo de flujo de carga del DIgSILENT ofrece ambos cálculos. La solución del flujo de cargas es esencial para las continuas evaluaciones de los sistemas de potencia durante los periodos de planeación y operación. Las alternativas y escenarios son analizados usando numerosos flujos de carga en condiciones normales y de contingencia. Toda la interacción de los elementos del sistema de potencia (tales como límites de capacidad de los generadores, límites en los cambiadores de taps de los transformadores, límites térmicos en las líneas de transmisión, etc.) puede ser usada en cada caso. El DIgSILENT utiliza un método sofisticado combinado con el método de Newton Raphson para garantizar que el flujo de cargas siempre converja. En una configuración de un sistema de potencia donde no exista solución, por ejemplo, donde la capacidad de transporte de la línea sea sobrepasada por la carga demandada, el algoritmo de flujo de carga trata de adaptar las características de los modelos de tal manera que la solución, la cual todavía mantiene la ley de corrientes de Kirchhoff pueda ser encontrada. Esta adaptación es hecha usando los modelos de niveles predefinidos: El nivel 1 y 2: Todas las cargas se hacen dependientes de la tensión.  Nivel Lineal: Todas las cargas son impedancias constantes, todas las máquinas son fuentes de tensión (es decir, se linealizan todos los modelos). • •

Para presentar el manejo del módulo de Flujo de Carga, utilizaremos el sistema de PEMEX. Vamos entonces a activar el Study Case de nominado “Study Case”. Antes de realizar cualquier tipo de flujos de carga debe estar un caso de estudio (Study Case) activado (es decir, el icono en rojo), con al menos un área (Grid) o escenario de Sistema (System Stage) también activo; esto lo podemos observar en la Figura 15.

Figura 15. Proyecto, caso de estudio y área activados. Una vez activado el proyecto, nos ubicamos en la venta gráfica y observamos el diagrama unifilar. Un flujo de carga puede ser iniciado utilizando el botón de la barra de herramientas o utilizando el menú Calculation del menú principal como se muestra en la Figura 16 y en la Figura 17.

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Al seleccionar flujo de carga aparece la ventana de cálculo de flujo de carga con las diferentes opciones. Ver la Figura 18.

Figura 16. Botón para iniciar cálculo de Flujo de Carga.

Figura 17. Menú para iniciar cálculo del Flujo de Carga. 4.1. Basic Options 4.1.1. Network Representation Puede ser usada una representación monofásica de la red, válida para redes simétricas balanceadas o una representación trifásica completa de un sistema no balanceado.

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Figura 18. Ventana para el cálculo del Flujos de Carga. 4.1.2. Automatic Tap Adjust of Transformers Con esta opción deshabilitada, el ajuste de los Taps de los transformadores no será alterado.

4.1.3. Consider Reactive Power limits Los límites de potencia reactivos no son considerados deshabilitando esta opción.

4.1.4. Automatic Model Adaptation for Convergency La función del Flujo de Carga del DIgSILENT siempre trata primero de encontrar una solución con los modelos matemáticos no lineales del sistema de potencia. Si tal solución no puede ser encontrada y esta opción es habilitada, un algoritmo adaptativo cambiará estos modelos haciéndolos más lineales, hasta encontrar una solución. La adaptación de los modelos es reportada en la ventana de salida.

4.1.5. Consider Voltage Dependency of Loads Deshabilitando esta opción se hará que todas las cargas sean independientes de la tensión sin importar el ajuste individual de las cargas.

4.1.6. Calculate dv /dQ Sensitivities Si esta opción está activada, entonces aparecerá calculada para cada bqarra la cantidad dv/dQ y esta podrá ser visualizada en las cajas de resultados del diagrama unifilar o en la página flexible del Data Manager, su

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unidad es [p.u/Mvar]. Esta cantidad muestra la variación de la tensión en la barra con la inyección de  potencia reactiva (este se podría utilizar para resolver el problema de la ubicación de un capacitor).

4.1.7. Outage_Simulation (n-1) Esta opción realizará un flujo de carga sacando un elemento a la vez de los que estén seleccionados en la lista. Los resultados de estos flujos de carga serán reportados en la ventana de salida. La lista de elementos seleccionados debe ser dada en la página de diálogo Verification/Outage Simulation.

4.1.8. Verification Esta opción produce una tabla en la ventana de salida de los objetos sobrecargados. Los límites son ajustados en la página Verificacion/Outage Simulation.

4.2. Advanced Options La función del Flujo de Carga utiliza el método iterativo de Newton Raphson, para el cual el número de iteraciones puede ser ajustada. Los valores normales son un máximo de 55 iteraciones para cálculos de lazo inferior y 5 para exterior. El máximo error aceptable en el Flujo de Carga para cada barra es de 1 kVA y para los modelos de ecuación es de 0.1%. La figura 19 muestra esta ventana.

4.2.1. Relaxation factor Factor para controlar el algoritmo de Newton-Raphson en caso de problemas de convergencia. La iteración de pasos sucesivos de Newton-Raphson puede ser reducida (factor