MATLAB-EN-EL-ANÁLISIS-Y-SIMULACIÓN-DE-SISTEMAS-DE-POTENCIA

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UNIVERSIDAD POLITECNICA DE TRUJILLO

INGENIERIA ELECTRICA

POWER SYSTEM ANALYSIS TOOLBOX

PSATUSO BASICO

UNIDAD CURRICULAR: SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIAFACILITADOR: ING. CARLOS RONDON

ELABORADO POR: PEDRO LUIS TORRES CHACONPEDRO A TORRES C

VALERA-VENEZUELA2010



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MATLAB EN EL ANÁLISIS Y SIMULACIÓN DE SISTEMAS

ELÉCTRICOS DE POTENCIAMatlab es un poderoso y versátil software de simulación, muy popular en laindustria y academia. Fue diseñado originalmente para análisis numérico y controllineal de sistemas; por ello, es muy bien adaptado para manipulación de matricesnuméricas. Sin embargo, debido a su flexibilidad en permitir programación directay enlace a FORTRAN y rutinas C, el paquete ha crecido inmensamente, conmuchas rutinas añadidas que permiten además simulaciones de sistemas nolineales. El mayor inconveniente de este programa es su tamaño y su relativacomplejidad; toma algo de tiempo conseguir usar su lenguaje y llegar a ser familiarcon algunas de las principales rutinas necesarias para simulaciones básicas. Las

ecuaciones pueden ser manejadas en cierta forma y secuencia, requiriendo delusuario ser familiar con el fenómeno analizado, haciendo un tanto complejo parausuarios inexpertos. Matlab es un entorno de cálculo el cual proporciona análisisnumérico, cálculos matriciales e interfaces gráficas para usuarios. Además,existen varios toolboxes que suministran soluciones de aplicación específicas enáreas como procesamiento de señal, diseño de sistemas de control, redesneuronales, sistemas de potencia, etc.

TABLA XX Paquetes basados en Matlab para análisis de sistemas de potencia

Paquete PF CPF OPF SSSA TDS EMT GIU CADEST x x x x

MatEMTP x x x x

Matpower x x

PAT x x x x

PSAT x x x x x x x

PST x x x x

SPS x x x x x x

VST x x x x x

La tabla XX describe una comparación aproximada de los paquetes de software actualesbasados en la plataforma de Matlab para el análisis y simulación de sistemas de potencia.,estos son:

1. Educational Simulation Tool (EST) [Vournas et al. 2004]

2. MatEMTP [Mahseredjian y Alvarado 1997]

3. Matpower [Zimmerman y Gan 1997]

4. Power System Toolbox (PST) [Chow y Cheung 1992, Chow 1991-1999,



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Chow 1991-1997]

5. Power Analysis Toolbox (PAT) [Schoder et al. 2003]

6. SimPowerSystems (SPS) [Sybille 2004]

7. Voltage Stability Toolbox (VST) [Chen et al. 1996, Nwankpa 2002]

Las características ilustradas en la tabla son:

PF: Flujo de potencia ( Power Flow).

CPF: Continuación de flujo de potencia y/o análisis de estabilidad de voltaje.

OPF: Flujo óptimo de potencia (Optimal Power Flow).

SSSA: Análisis de estabilidad de pequeña señal (Small Signal Stability Analysis).

TDS: Simulación en el dominio del tiempo (TDS Time Domain Simulation) y transitorios

electromagnéticos (EMT Electromagnetic Transient).

GUI: Interfaz gráfica de usuario (Graphical User Interface).

CAD: Construcción de red gráfica.

USO DEL PSAT PARA EL ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DEELECTRICOS DE POTENCIA

PSAT es un toolbox de Matlab diseñado para el análisis de sistemas eléctricos de

potencia, esta herramienta incluye cálculo de flujo de carga, continuación de flujode potencia o análisis de estabilidad de voltaje, simulación en el dominio deltiempo, modelos de turbina de viento. Todas estas operaciones pueden serevaluadas mediante interfaces de usuario gráficas y una biblioteca Simulink,proporciona un instrumento fácil de usar para el diseño de sistemas eléctricos depotencia.

A continuación se presenta un manual básico para la utilización de la herramientaPSAT:



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Abrimos el software MATLAB y nos ubicamos en la ventana Current Directory y luegoabrimos la carpeta work donde anexaremos la carpeta descomprimida del toolbox PSAT(en la carpeta work se ejecutan los programas de matlab).

Ingresamos en la carpeta PSAT donde se observan todos los códigos fuentes de su

programación.



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Ahora nos ubicamos en Command Windows y realizamos la llamada del PSATcomo se muestra a continuación:



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Luego aparece una nueva ventana del entorno de trabajo del PSAT V2.1.5 , dondese observa los parámetros por defecto para el cálculo del flujo de potencia, comopotencia base, frecuencia, tiempos de análisis y otros los cuales pueden sermodificados según los requerimientos de simulación solicitados.

Parámetros de simulación



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Ahora podemos crear un archivo esquemático de simulación (simulink) y que esde extensión.mdl donde crearemos nuestro sistema eléctrico de potencia, paraesto hacemos clik en el botón OPEN PSAT SIMULINK LIBRARY que se observaen la siguiente figura:

Posteriormente aparece la siguiente ventana, en la que se encuentra toda lalibrería del PSAT para simulink.

Al presionar el símbolo que se muestra se abrirán nuevas ventanas donde seencuentran disponibles los símbolos para elaboración de nuestro sistema eléctricode potencia.

Por ejemplo:

Al presionar el siguiente botón se abre la siguiente ventana:



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Ahora si presionamos se abre la siguiente ventana:

Y así con cada botón que conforma la librería de PSAT para simulink.



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Siguiendo con la creación de un archivo para la simulación nos ubicamos en elmenú file de la barra de menú, luego buscamos NEW y posteriormente hacemosclik en MODEL como se muestra en la siguiente figura:

Donde aparecerá la siguiente ventana para la creación de nuestro esquemático:



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Utilizando la librería del PSAT como se vio anteriormente armamos nuestrosistema eléctrico de potencia.

A continuación se describen los componentes que conforman nuestro sistemaeléctrico de potencia:



SIMBOLO DESCRIPCION PANTALLA DE CONF

Símbolo de Barra



SIMBOLO DESCRIPCION PANTALLA DE CO

Símbolo de línea de

transmisión tipo PI



SIMBOLO DESCRIPCION PANTALLA DE CON

Símbolo de Generador



SIMBOLO DESCRIPCION PANTALLA DE CON

Permite definir el módulo devoltaje y potencia activa enuna barra de Generación




Permite definir los valores de

voltaje en magnitud y ángulo

en una barra oscilante




Símbolo de Carga donde

podemos especificar la

potencia activa y la potencia

reactiva



En la siguiente figura podemos describir nuestro sistema eléctrico de potencia con las carac(para este ejemplo).

Barra Oscilante Barra de Carga Barra de Ge



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Una vez realizado el esquemático procedemos a guardar nuestro archivo desimulink de manera convencional como se realiza en ambiente Windows.

Para este caso guardaremos nuestro archivo.mdl en la carpeta test del PSAT con

el nombre de d_3barras, la siguiente figura muestra esta operación:



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TIP: para colocar el nombre del archivo primero escribimos d_nombre.Normalmente la carpeta test se encuentra localizada en la siguiente dirección

C:\Archivos de programa\MATLAB\R2007a\work\psat-2.1.5-mat\psat\tests

Ahora debemos cargar el archivo para realizar la simulación, ingresamos al menúFILE, luego OPEN y DATA FILE, también podemos hacer doble clik en el cuadrode texto correspondiente a DATA FILE esto se ilustra en las siguientes figuras:



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Primera forma para cargar el archivo

Segunda forma de cargar el archivo

Doble clik



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Utilizando cualquier camino la nueva ventana que se desplega es la siguiente:

Luego hacemos doble clik en la carpeta tests ubicada en Folders in current path

Definimos la extensión del archivo que queremos cargar (en nuestro casoarchivo.mld simulink) en el menú Filters.

Dentro de Filters , se nos presenta diferentes extensiones: la extensión PsatSimulink, nos presenta el archivo en modo gráfico utilizando el entorno delSimulink (extensión .mld), en el caso de Psat Data(.m), los archivos de datos deun sistema de potencia lo guarda en data, dentro de una hoja de programación deMATLAB. Como se puede ver hay diversas extensiones con las cuales se puedetrabajar, por ejemplo se puede importar un archivo de NEPLAN, o POWERWORLD y hacer correr sus sistemas y simularlos dentro del PSAT.



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Filter

Y seleccionamos el archivo d_3barras.mdl ubicado en Files in current path



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Si hacemos clik en el botón View File podemos obtener una vista previa delarchivo que queremos cargar.

Para culminar la carga del archivo hacemos clik en el botón LOAD.

Si el sistema no tiene ningún error en sus datos, se cargará en la ventana principaldel PSAT tal y como se muestra a continuación



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Para el caso de flujo de potencia hacemos clic en el botón Power Flow , y si elsistema converge hasta obtener su error de convergencia se mostrará una gráficade la convergencia en la parte inferior izquierda, en el caso de que el sistemareporte algún error de data, se aperturará el gráfico prediseñado (esquemático)coloreando los elementos que tengan algún error de data o conexión.



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Para poder ver el reporte de resultados en el menú dentro de la opción VIEWhacemos clic en la opción STATIC REPORT (ctrl.+v) o haciendo clic en surespectivo icono, luego de esto aparecerá la ventana del reporte con el nombre delas barras, el nivel de tensión, su ángulo, la potencia activa y reactiva, se puedemodificar la presentación de los resultados de la tensión en p.u. o en valoresreales, el ángulo en grados o radianes, la potencia de generación, neta o de cargade la barra también en p.u. o en valores reales, haciendo clic en las letras de lasunidades que se encuentran en color azul.

También se puede tener una gráfica comparativa de cada parámetro, haciendo cliken los iconos de color azul que se encuentran al lado de las unidades.



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Para obtener un reporte más detallado de estos resultados y de los flujos depotencia entre las barras, en la ventana del STATIC REPORT existe un iconodenominado REPORT, el cual generará en un bloc de notas el reporte completodel sistema simulado.



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Para poder ver los cálculos realizados y obtenidos como por ejemplo la matrizYbus o las matrices de los datos del sistema, en la ventana principal del MATLAB,dentro de la ventana del WORKSPACE, quedaron almacenados todas lasmatrices de cálculo o data del sistema, por ejemplo ubicamos la variable Line y

hacemos doble clik sobre ella.



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Inmediatamente después emergerá una nueva ventana sobre la ventana deCommand Windows con las sub -variables que se encuentran dentro de lavariable Line la matriz compleja Ybus esta denotada por la letra Y, en el casosimulado la matriz que se almacenó está compuesta por 3 filas y 3 columnas al serun sistema de 3 barras ( Y: [3x3] ).

Para poder llamar los datos almacenados en Y correspondientes a la matriz Ybus,en la ventana del Command Windows se digita el nombre de la variable (Line) ysu extensión (Y) unidas a través del punto, recordando que debemos llamarlo talcomo está escrito respetando sus mayúsculas y minúsculas, es así que se puedeobtener los datos o resultados del sistema simulado.

>> Line.Y

Finalmente se muestra los datos almacenados en esta matriz:



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Para el caso de continuación de flujo de potencia y/o análisis de estabilidad devoltaje hacemos clik en el botón CPF .

Para visualizar graficas hacemos clik en el botón PLOT y aparece la siguienteventana:



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Donde podemos graficar por ejemplo V_Bus1 (voltaje en barra 1) vs. Parámetro decargabilidad que los conseguimos en los menús desplegables y hacemos clik en elbotón plot .

De igual manera en el menú VIEW y Static Report podemos obtener un informedetallado de los cálculos realizados por el PSAT tal y cual como ocurrió con elcálculo de flujo de carga.

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