Estimación topológica en sistemas de potencia

Abstract

La principal función de los dispositivos de conmutación (interruptores y seccionadores) en un sistema de potencia es permitir modificar la topología del mismo. Aunque normalmente el estado de cada uno de dichos dispositivos es supervisado, factores como: errores en las comunicaciones, daños en los circuitos de control, daños en los medios aislantes de los interruptores, daños en las partes mecánicas de los equipos, entre otros, pueden generar información errónea, causando que el modelo del sistema no represente la realidad; lo anterior genera una discrepancia entre el valor medido y el estimado de algunas variables, como corrientes, voltajes, ángulos y potencias. Así pues, es necesario determinar la topología correcta de la red para dar una pronta solución a los problemas que se puedan presentar. Esta tarea es compleja ya que el número de topologías aumenta de manera exponencial con el número de dispositivos de conmutación de estado desconocido. En este trabajo se propone una metodología que permite dividir el universo de posibles topologías de un sistema en subconjuntos más pequeños y mutuamente excluyentes, que permiten realizar el proceso de estimación de forma eficaz. Además, se agrega información de modelos de confiabilidad de interruptores y seccionadores para brindar un diagnóstico de la topología, cuando no es posible garantizar la observabilidad con las mediciones disponibles. Se utilizan como variables los flujos de potencia, evitando posibles singularidades cuando se involucran ramas de muy baja impedancia en la estimación, y permitiendo estimar, incluso, la topología de subestaciones las cuales se caracterizan por dicha condición. Finalmente, los desarrollos son aplicados a una subestación del sistema eléctrico colombiano para ilustrar de manera práctica los resultados obtenidos.

Abstract: The main function of the commutation devices in a power system (circuit breakers and switches) is to modify the circuit topology. Even though the state of each device is supervised in its normal operation, several facts like communication errors, control circuits aws, deterioration in the isolation of the circuit breakers, damages in the mechanic components of the devices, among others, can be mistakenly signaled, and consequently making the system model incapable of representing the real topology. As a result, large diferences between the measurement and the estimated values of the analogical variables will be obtained. Therefore, it is necessary to determine the correct topology of the system in order to give an adequate and e_cient solution to the potential problems that may arise. However, it is a complex task since the possible number of topologies increases exponentially with de number of conmutation devices in an unknown state. This document proposes a methodology that consists in divide the universe of possible topologies of a power system into smaller and mutually exclusive subsets, which allows to make the estimation process on an e_ective way. In Addition, it has been added information of reliability models in commutation devices in order to give a diagnostic of the real topology when the topological observability of the system cannot be guaranteed with the available measurements. Furthermore, the power ows through the branches are used like variables, avoiding possible singularities when branches of low impedance are included in the estimation. This process, even allows to estimate the topology of electrical substations which are characterized for the condition prior named. Finally, the method was applied to a substation of the Colombian electric system with the purpose to illustrate the practical value of these results.