Metodología de estudio del fallo de subestación 92

El estudio de fallo de subestación deberá realizarse para cada uno de los sistemas que puedan verse afectados en función de la hipótesis de fallo analizada, según lo indicado en el apartado 5.1.1.

Con el fin de obtener los resultados más fiables y aproximados a la realidad, se propone para el estudio del fallo de subestación en cada sistema (Muy Alta, Alta y Media Tensión) la metodología siguiente:

• Elaboración de un modelo de la red de cada sistema en los escenarios de estudio, donde se encuentren representadas las características técnicas, la topología de la red, la operación y las demandas previstas para ese escenario (punta de verano o punta de invierno).

• Simulación del fallo del sistema correspondiente de la subestación, es decir, del sistema de Media Tensión si se está trabajando en un modelo de red en ese nivel de tensión. La hipótesis de fallo propuesta en el apartado 5.1.1 es la de fallo destructivo que equivaldría a simular la apertura de todos los interruptores del sistema y recuperación del mercado desde el exterior de la subestación. Esta simulación debe realizarse aplicando los criterios de sobrecargas máximas admisibles según lo indicado en el apartado 3.3.3.3. De esta simulación se obtendrá el valor de mercado que no es posible atender cuantificado por la

Potencia No Garantizada correspondiente, de acuerdo con lo indicado en el apartado 3.3.3.4.

En el caso del estudio del fallo completo del sistema de Media Tensión, es necesario tener modelada la red de MT con un grado de exactitud suficiente que considere apoyos realistas. Sin embargo, la elaboración y mantenimiento de este modelo será de una dificultad elevada si no se dispone de aplicaciones que faciliten la creación de modelos de red de MT, debido a las siguientes razones:

• La red de MT está formada por un gran número de elementos: líneas, elementos de maniobra, barras de centros, transformadores MT/BT, etc, cuya representación puede resultar muy compleja, con un gran número de interconexiones, y daría lugar a modelos de red con un número muy elevado de nudos y difíciles de mantener actualizados (en especial en comparación con la de Muy Alta Tensión).

• En el modelo sería necesario contemplar las demandas a nivel de subestación, línea de Media Tensión y centros, con un gran número de suministros conectados. Estas cargas pueden ir además variando con el crecimiento de la demanda y la incorporación de nuevos suministros, que en una red tan dinámica y de rápida evolución como la de Media Tensión puede ser muy complejo de mantener actualizado (en especial en comparación con la de Muy Alta Tensión).

• Para que la representación de la red de Media Tensión sea completa es necesario además disponer de los estados de los elementos de maniobra con la operación actualizada para el escenario en estudio. Es decir, un modelo de red con una demanda concreta se corresponde con un estado de operación determinado, si la operación no está actualizada se estará falseando el modelo.

Por otro lado, el estudio del fallo de subestación en el sistema de Media Tensión partiendo de un modelo de red realista será también de elevada complejidad. Esto es debido a que la red de distribución en Media Tensión está muy anillada, especialmente en las zonas urbanas, siendo posible recuperar el mercado afectado por una incidencia desde varios apoyos diferentes, lo que

representa una dificultad mayor a la hora de analizar el fallo de subestación. Por ejemplo, en el caso de una subestación que tuviera 20 salidas de Media Tensión, la simulación del fallo destructivo de barras de MT equivaldría a la apertura de los veinte interruptores de línea en la subestación. Dado que la operación en MT es radial, para cada una de las veinte salidas sería necesario actuar como el operador de un centro de control que fuera abriendo y cerrando los elementos de maniobra para ir recuperando el mayor mercado posible, intentando utilizar además los apoyos óptimos. Esto supone que para cada subestación es necesaria la simulación de un gran número de maniobras y localización y elección de los mejores apoyos posibles, además de depender el resultado final del conocimiento de la red que tenga la persona que realiza la simulación.

Por las razones indicadas, es decir, dificultad para la elaboración del modelo de red de Media Tensión y la complejidad del análisis de fallo de subestación en este sistema, debe ser prioritario para las empresas distribuidoras el desarrollo de herramientas que sistematicen los estudios de la red de MT. En caso contrario, el estudio consumirá un elevado número de horas/hombre e incluso, de no disponerse de un modelo de red cercano a la realidad, podrá dar resultados de mercado afectado alejados de la realidad.

La aplicación más extendida a nivel mundial para el análisis de redes de transporte es el PSS/E de la empresa PTI, por su probada robustez y fiabilidad en los resultados obtenidos. Dicha herramienta es utilizada por las empresas transportistas, pero también por las empresas distribuidoras para el análisis de sus redes de Muy Alta y Alta Tensión. Sin embargo su aplicación, aunque factible, no está extendida para el análisis de redes radiales en Media Tensión. Por otro lado el PSS/E puede ser usado conjuntamente con el lenguaje de programación Python para generar herramientas a medida del usuario.

Por todo lo anterior, el uso del PSS/E para el análisis de redes de Media Tensión presenta las siguientes ventajas:

• Conocimiento de la aplicación PSS/E en las empresas distribuidoras, que la utilizan para el análisis de redes de Muy Alta Tensión y Alta Tensión.

• Una única herramienta para el análisis de redes en todos los niveles de tensión, por lo tanto focaliza la formación en una única herramienta y se reduce el coste en licencias con respecto al uso de varias aplicaciones. • Es una aplicación de gran fiabilidad y robustez, demostrado por su

aplicación extendida a nivel mundial en las empresas de transporte.

• Posibilidad de desarrollar programas en el lenguaje Python para disponer de herramientas a medida de las necesidades del usuario.

• La aplicación ha mejorado mucho en las últimas versiones en cuanto a la representación gráfica y manipulación de la red, permitiendo por ejemplo realizar operaciones apertura-cierre sobre el gráfico o modelar nuevas instalaciones de forma sencilla (líneas, centros, subestaciones, etc) lo cual facilita el análisis de los refuerzos de red. Aunque estos aspectos deben mejorarse en versiones posteriores, la situación actual ya permite el uso en redes de Media Tensión de forma relativamente cómoda. En la Ilustración siguiente se puede ver la representación esquemática de la red de MT en PSS/E:

Ilustración 22. Representación de red de Media Tensión en PSS/E

Salidas de MT de Subestación

Aunque no es objeto de esta tesis profundizar en el desarrollo de dichas herramientas, se indican a continuación las aplicaciones mínimas que deberían desarrollarse, partiendo de la aplicación PSS/E como base para el cálculo del fallo de subestación en la red de Media Tensión:

• Herramienta para la generación de casos base en formato de PSS/E. Dicha herramienta tendría los siguientes datos de entrada, tomados en una fecha determinada:

- Características técnicas de la red (secciones de las líneas, resistencias, reactancias, longitudes de línea, transformadores, etc), es decir, equivale el inventario de la red en ese momento. - Topología de la red, es decir, la conectividad entre los diferentes

elementos que conforman la red y que le confieren la estructura que tiene en ese momento.

- Estados de los elementos de maniobra, es decir, la operación real en el momento en el que se representa la red. Cada elemento de maniobra tendría dos estados posibles: abierto o cerrado.

- Medidas reales de transformadores y líneas en el momento para el que se realiza el caso base.

Partiendo de todos estos datos se debería obtener el modelo de red en formato fichero tipo “.raw” de un momento concreto (día y hora) para ser utilizado en PSS/E. Además hay una serie de aspectos que mejorarían la herramienta de obtención del caso base:

- Dada la gran cantidad de elementos que conforman la red de distribución, el número de nudos del caso base si se realiza la conversión al modelo de forma directa puede hacer inviable su utilización, por lo que debería aplicarse algún tipo de algoritmo que permitiera la reducción del número de nudos (concentrando por ejemplo todos los elementos de maniobra y barras de un CT en un solo nudo y trasladando la maniobra a las líneas de salida). - En general, las empresas distribuidoras disponen de

por lo que dicha representación debería tenerse en cuenta en la generación del modelo para obtener ficheros tipo “.drw” de gráficos PSS/E. Estas representaciones facilitarán el manejo del modelo y el estudio de los resultados.

- Debería guardarse día a día la información de los datos de entrada necesarios para generar el modelo, así el usuario podrá generar el caso base del día que le interese, sin necesidad de mantener un caso base de partida antiguo que deba ser actualizado periódicamente.

• Desarrollo de un algoritmo que simule de forma sistemática el fallo de subestación, usando el lenguaje de programación Python, para ser utilizado a su vez como herramienta sobre el caso base en PSS/E. La base del algoritmo sería la localización de los máximos apoyos disponibles en cada caso y el restablecimiento del mercado desde dichos apoyos. Una mejora a este algoritmo sería considerar las posibles descargas de los propios apoyos, es decir, si el apoyo desde una línea se encuentra al límite de su capacidad, permitir descargar este apoyo hacia otras líneas para, una vez descargado el apoyo, poder utilizarlo para reponer el mercado afectado. En la realidad este tipo de trasvases suelen ser realizados en grandes incidentes, por lo que los valores obtenidos de PNG considerando las descargas se acercarán más a la realidad.

Los resultados mínimos que se deberían obtener del programa de simulación de fallo para cada subestación serían:

- el valor de la Potencia No Garantizada

- potencias trasvasadas al resto de subestaciones

- representación gráfica en PSS/E del mercado que queda sin suministro

- listado de maniobras de apertura-cierre realizadas por el programa para llegar a ese resultado.

Una vez obtenidos los valores de PNG distintos de cero y las zonas que quedan afectadas sin suministro, podrían estudiarse y modelarse en el propio PSS/E los desarrollos de red necesarios para solucionar el problema detectado.

Por último indicar la ventaja que representa la aplicación de la herramienta PSS/E junto con el lenguaje Python para desarrollar otra serie de programas que permitan el análisis sistemático de fallos como el N-1 de líneas de Media Tensión, N-1 de transformadores e incluso programas de optimización de la operación.