Representación de los límites de operación

Se propone realizar la representación de los límites de operación del SEP a través del trazado de gráficas bidimensionales denominadas “nomogramas”, los cuales mediante dos o tres parámetros críticos permiten el cálculo aproximado de los límites de transmisión, delimitando de esta forma, la región que contiene los puntos de operación seguros del SEP. Así pues, los nomogramas permiten a los operadores clasificar en tiempo real un punto de operación como “seguro” o “inseguro”, además de proveer información relacionada con el nivel de proximidad a los límites y posibles acciones de control preventivo [16]. Con respecto a los parámetros críticos, debe señalarse que éstos constituyen medidas pre-contingencia tales como magnitud de voltaje, flujo de potencia activa, niveles de generación, niveles de demanda, entre otros; de modo que puedan ser monitoreados por los operadores en tiempo real y ofrezcan suficiente información sobre el desempeño del sistema post-contingencia, ante el problema específico de seguridad que está siendo evaluado. En particular, en el caso de estudios de estabilidad de tensiones, la medida de desempeño del sistema empleada es típicamente la distancia en MW al punto de bifurcación; es decir, el margen de cargabilidad. [16]. De igual forma, se requiere que al menos uno de los parámetros representados en los Nomogramas sea controlable por el operador, de forma tal que el punto de operación pueda ser ajustado con respecto a la frontera delimitada, a través del uso de acciones preventivas.

Los nomogramas se construyen mediante la selección de los parámetros críticos, de acuerdo con los criterios expuestos con anterioridad y apreciando la sensibilidad e influencia de los mismos dentro del fenómeno estudiado [16]. Los puntos frontera de la curva del nomograma son identificados a través de la repetición de simulaciones, variando alguno de los parámetros críticos seleccionados y apreciando la influencia sobre las otras variables, incluyendo desde luego aquella encargada de cuantificar el nivel de seguridad del SEP. Así pues, es considerable el esfuerzo computacional y de análisis requerido para la reproducción de los nomogramas, lo que dificulta su cálculo en tiempo real. Esto último conlleva a que el cálculo de límites por esta vía esté inevitablemente asociado a ciertas aproximaciones, debido a que de antemano es imposible conocer, y mucho menos simular, todas las posibles situaciones operativas en las que se podrá encontrar el sistema a lo largo de su operación. Por ello, la versatilidad y la capacidad para representar un gran número de condiciones operativas, es un valor agregado de éste tipo de estudios fuera de línea y que es considerado dentro de la presente metodología.

Los parámetros críticos a ser representados en los ejes correspondientes al nomograma que se propone son: Generación del área bajo estudio (MW), Demanda total del área estudiada (MW) e Intercambio -Flujo por la interfaz- neto hacia la región de interés (MW). La selección de dichos parámetros obedece a la observación, tras diversas simulaciones y apreciación de sensibilidades, del comportamiento típico del SEP que se ilustra a continuación. Considérese el sistema presentado en la Figura 4.4, en el cual se ha realizado la delimitación del área de estudio según el apartado 4.2.

Figura 4.4 Ilustración de los factores críticos a ser representados en los nomogramas

Con el objeto de obtener los límites por estabilidad de tensión del sistema de la Figura 4.4, se procederá a incrementar la carga local, a factor de potencia constante, hasta alcanzar el punto de bifurcación para dos escenarios opuestos. En la primera de ellas se asumirán niveles bajos de generación local, por lo cual a medida que se alcanzan valores mayores de demanda, será necesario recurrir cada vez más a la importación a través de la interconexión. Seguidamente, la exigencia sobre las líneas que conforman la interfaz, se incrementará cada vez en mayor proporción junto con sus respectivas pérdidas asociadas a las Ecuaciones 3.22 y 3.23; degenerando eventualmente en un fenómeno de inestabilidad de tensión influenciado por la congestión del corredor de potencia, al alcanzarse las máximas potencias transferibles según la Ecuación aproximada 3.4, y la incapacidad para suplir la carga local. Por otra parte, en la segunda situación se asumirán altos niveles de generación local, por lo que en este caso los fenómenos de inestabilidad de tensiones serán desencadenados por el agotamiento de los recursos reactivos

internos de la zona, considerando las limitaciones en la transferencia de reactivos expuesta en el apartado 3.22. Al comparar la potencia transferida y la máxima demanda suplida en el punto de máxima cargabilidad para ambos casos, se constata lo siguiente:

Xst > Xst 4.1

4vs > 4vs 4.2

En vista de la situación planteada y considerando además las profundas no linealidades características de las ecuaciones que describen el comportamiento del SEP, se hace inviable caracterizar un límite de operación segura en función de la “máxima transferencia posible” ó de la “máxima demanda suplida” por separado, ya que dichas variables están conexas mediante la generación interna de la zona de interés. Por ello, se propone la representación de los límites mediante un nomograma como el mostrado en la Figura 4.5. Como puede apreciarse, el nomograma cuenta con 3 ejes que representan a cada uno de los parámetros críticos. Para la reproducción de los límites se han impuesto sobre el sistema diversos niveles de generación local, las cuales deben provenir de un despacho que represente condiciones lo más realistas posibles, y seguidamente se procedió a incrementar las cargas de la región según el patrón previamente expuesto. Es importante señalar en este punto, que al estar fija la generación local, la barra “slack” del sistema es la encargada de garantizar el balance generación-carga, tal y como esencialmente sucede en la operación real del SIN. Adicionalmente, al hecho de ofrecer gran versatilidad por las distintas condiciones del sistema que pueden ser evaluadas, en el nomograma se incluyen también diversos límites de operación, que tienden a postularlo como una carta única de operación del SEP. A continuación se listan y explican cada uno de ellos:

Límite de Máxima Transferencia por Estabilidad de Voltaje (LEV): Constituido por la máxima transferencia de potencia y demanda que el sistema es capaz de suplir con todos sus elementos disponibles y operativos, según lo estipulado en el caso base. Este límite separa la región de operación factible, de aquella en la cual el equilibrio del sistema es físicamente imposible. En otras palabras; al superar este límite el sistema podría colapsar sin la ocurrencia de alguna

perturbación, debido a que se están imponiendo condiciones operativas que superan el punto de bifurcación del sistema expuesto en el apartado 3.2.4.1. La región delimitada por este límite es representada en los nomogramas propuestos en color naranja.

Figura 4.5 Representación de límites de transmisión a través de nomogramas

Límite por Estabilidad de Voltaje Considerando Indisponibilidad de Equipos (LEVI): Constituido por la máxima transferencia y demanda que el sistema es capaz de suplir de forma segura; es decir, ha sido calculado considerando la contingencia más severa posible, cuya selección se expondrá en el siguiente apartado. La región definida por este límite, se muestra en los nomogramas propuestos en color amarillo y en la misma se garantiza -bajo el alcance de un estudio estático de estabilidad de tensión- la supervivencia del sistema sin mayores consecuencias, ante cualquier contingencia simple de transmisión dentro del área estudiada o en la interfaz. Es importante señalar, que en los casos de aplicación desarrollados hasta el momento, el LEVI es siempre menos restrictivo que el límite de estabilidad transitoria establecido por el Centro Nacional de Gestión (CNG) [15]; por ende, durante una operación en la zona amarilla del nomograma, la integridad del sistema no estaría garantizada ante eventos de magnitudes mayores como la ocurrencia de alguna perturbación en equipos que se encuentren fuera de la interfaz

definida para este límite, como puede ser el caso de fallas en líneas de 400kV ó 765kV que activen esquemas de protección especiales como los de separación de áreas o rechazos de cargas.

Límite por Estabilidad Transitoria (LET): Constituido por el límite de operación empleado en la actualidad [15] establecido por CNG, el cual obedece al más restrictivo de los siguientes dos criterios: límites por estabilidad transitoria y límites por capacidad térmica de equipos de la red de transmisión. La región definida por este límite se muestra en color verde en los nomogramas propuestos.

Límite por Sobrecarga de Equipos (LTS): Responde al valor de transferencia y demanda servida hallado durante la determinación del LEV, en el que algún equipo de transmisión manifestó sobrecarga. A pesar de ser realmente un límite, en los nomogramas mostrados se considera que este valor es referencial, debido fundamentalmente a que los flujos de potencia por los elementos de la red, -y por ende la sobrecarga de los mismos- están fuertemente condicionados por la distribución de la generación y carga existentes en determinado momento de operación.

Límite por Sobrecarga de Equipos Considerando Indisponibilidad de equipos (LTSI): Constituido por un valor referencial con las mismas características del LTS, con la salvedad de que el LTSI es obtenido durante la determinación del LEVI.

En la Figura 4.6 se ha incluido un diagrama de flujo que detalla el proceso de construcción de los nomogramas.