Formulación y comparación de cinco métodos para el análisis de flujo de potencia en sistemas de distribución AC en el software Matlab

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Resumen

Power flow study is one of the main information sources for electrical systems, meaning it is essential for design and control, then it is especially important to have all necessary tools for getting the right data in the most efficient way. This is the reason why this work shows different techniques to resolve the load flow problem for distribution systems, such as: Successive Approximations, Back Forward Swept, Triangular Method and Linear Approximations. These techniques use modifications of the load flow equation to reduce the calculation process and to obtain more accurate data, than the ones resulting from traditional load flow methods as Newton-Raphson and Gauss-Seidel.

To begin with the formulation of the techniques, it was necessary to take a detailed approach on the equations, because the most important step to develop these methods, is knowing the step-by-step methodology used to know the voltage of each node and therefore the technical power losses of the system. One of the main goals of this work is to show the algorithm required to develop the mathematical techniques explained on the MATLAB software, to do so, one chapter was dedicated to explaining with details the methodology used to formulate two of the methods on said software.

To corroborate the functioning of the techniques, two distribution systems were use, one with 33 nodes and the other one with 69, for each system two study cases were considered, showing power losses and processing time. The purpose of this, was getting enough information to compare the techniques developed with two of the most common methods used such as Newton-Raphson and Gauss-Seidel.

Finally, thanks to the comparative process, some parameters were defined to show the advantages of the 5 formulated techniques with the traditional ones. As a result of algorithms showed for implementing the techniques, an interactive MATLAB application was developed, as a useful tool for students looking to learn more about load flow studies on distribution systems.

Descripción

La información que arroja el análisis de flujo de potencia sobre un sistema eléctrico es fundamental para su diseño y control, por eso necesario tener certeza de la veracidad de los datos obtenidos, así como contar con técnicas que permitan realizar estos cálculos de manera eficiente, por esta razón en este trabajo se presentan múltiples metodologías para la solución de flujo de potencia, a través del modelado de cinco métodos diseñados para sistemas de distribución: Aproximaciones sucesivas, Barrido iterativo, Método triangular y Aproximaciones lineales basadas la serie de Taylor. Esto se realiza por medio de adaptaciones de la ecuación de flujo de potencia, que permiten reducir los pasos necesarios para encontrar las tensiones de los nodos de la red y por ende las pérdidas de potencia que este presenta. Inicialmente, se muestra la formulación matemática de cada método haciendo énfasis en las ecuaciones que lo componen y como éstas se solucionan por medio de procesos iterativos. Luego, por medio de la ejemplificación con dos métodos se muestra el paso a paso y los algoritmos necesarios para el desarrollo de los mismos en un software de programación como MATLAB. Con el fin de validar la metodología planteada y dar solución a la pregunta problema formulada, se plantean tres casos de estudio para dos sistemas de prueba de 33 y 69 nodos, en donde se muestran las pérdidas técnicas de los sistemas y los tiempos de cómputo, esto con el fin de realizar comparaciones de despeño entre los métodos formulados y las técnicas tradicionales de cálculo de flujo de potencia como Newton-Raphson y Gauss-Seidel. Finalmente, gracias a los resultados obtenidos con los sistemas de prueba se desarrollar parámetros comparativos para identificar las ventajas que las técnicas implementadas presentan con respecto a los métodos tradicionales para el cálculo de flujo de potencia.

Palabras clave

Sistemas de distribución, Flujo de potencia, Balance de potencia, MATLAB

Materias

Ingeniería Eléctrica - Tesis y Disertaciones Académicas , Sistema de potencia - Programas para computador , Sistemas eléctricos de potencia - Programas para computador , Flujo de potencia - Modelos , Matlab (Programa para computador)

Citación