ES2751486T3 - Procedimiento, disposición de procesamiento de datos y producto de programa informático para el reequipamiento de red de energía eléctrica - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el reequipamiento de una red de energia electrica (1,61,81,82,83,84,85) existente con equipos regulables adicionales para la transmision de energia, - en el que se facilita un modelo (52) de la red de energia, que considera una distribucion de tension dentro de la red de energia mediante un sistema de ecuacion y/o sistema de inecuacion dependiendo del numero y posicion de equipos regulables adicionales, asi como de posiciones de regulacion de todos los equipos regulables, y - en el que mediante el modelo (52) se lleva a cabo una simulacion para minimizar una funcion objetivo, considerando la funcion objetivo gastos de reequipamiento y/o perdidas de energia mediante los equipos regulables adicionales, y - en el que como resultado (60) de la simulacion se indican el numero y posicion de equipos regulables adicionalmente necesarios, asi como las posiciones de regulacion de todos los equipos regulables, para que la red de energia (1,61,81,82,83,84,85) durante el funcionamiento cumpla con una banda de tension predeterminada, caracterizado por que la funcion objetivo se minimiza mediante una optimizacion combinada en numeros enteros, simulandose para el cumplimiento de la banda de tension predeterminada un funcionamiento de la red de energia a) con carga maxima y potencia de alimentacion minima, y b) con carga minima y potencia de alimentacion maxima.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento, disposición de procesamiento de datos y producto de programa informático para el reequipamiento de red de energía eléctrica

La invención se refiere a un procedimiento para el reequipamiento de una de red de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 1, así como una disposición correspondiente de acuerdo con la reivindicación 7, así como un producto de programa informático según la reivindicación 12.

En redes de energía pública, por ejemplo, redes de distribución de energía y de transmisión de energía, debido a la estructura de carga y de generadores tan heterogénea mediante generadores de energía descentralizados el mantenimiento de la calidad de la tensión gana cada vez más terreno. Por ejemplo, debe cumplirse la norma EN 50160, que requiere una banda de tensión de /- 10 % de la tensión nominal de la red de energía para todos los casos de explotación de red. Esto cada vez es más complicado con los procedimientos de regulación convencionales regulación estática en las estaciones de red local (ERL) y las subestaciones). Por ello se utilizan con más frecuencia transformadores de red local regulables (RONT) o reguladores de red. Un ejemplo para esta problemática y para transformadores RONT y reguladores de red utilizados de manera correspondiente puede encontrarse en la conferencia "Pilotprojekte zur Spannungsregelung en la NS-Netz der Thüringer Energie", VDE-Symposium, Meissen 18/9/2013, del ingeniero diplomadoTorsten Roscher, Thüringer Energie AG de Erfurt.

La selección de los productos, así como sus emplazamientos se realiza en función de ensayos de campo o valores empíricos operativos. La coordinación con los equipos de regulación existentes en la red debe eliminarse debido a la complejidad o se realiza solo de manera rudimentaria mediante ensayos. Un modo de proceder de este tipo por tanto no es óptimo tanto desde el punto de vista operativo como económico. Para que la planificación de una red de energía teniendo en cuenta aspectos relativos tanto a pérdidas de energía como a costes de inversión pueda producir un resultado óptimo, deberían considerarse todos los equipos de regulación (valor deseado en la subestación, construcción o no construcción de reguladores de red de media tensión, ajuste de los niveladores en las ERL convencionales, intercambio de transformadores ERL seleccionados por RONT, montaje de reguladores de red en la baja tensión) para todos los casos operativos relevantes.

Los RONT pueden encontrarse en numerosos fabricantes, diferenciándose los diferentes aparatos en sus posibilidades para la regulación de tensión, en los costes de adquisición y mantenimiento, así como las pérdidas de energía debidas al tipo de construcción. Los transformadores de red local regulables presentan generalmente precios entre 22000 euros y 25000 euros y por lo tanto actualmente son el doble de caros que los transformadores de red local convencionales. Por lo tanto, la utilización y el emplazamiento de un RONT debe planificarse con exactitud. A este respecto, el así llamado valor efectivo designa los costes de adquisición más los costes de explotación acumulados a lo largo de la duración de explotación planeada de un medio de producción, como por ejemplo un transformador.

Con respecto a la pérdida de energía de los distintos tipos de aparatos en función del funcionamiento generalmente deben llevarse a cabo mediciones de prueba en distintas situaciones de funcionamiento. A este respecto, con frecuencia, en el caso de una elevada flexibilidad, por ejemplo, cuando están previstos muchos niveles de regulación diferentes en un transformador, debe asumirse un aumento de pérdida de energía debido a una construcción más compleja.

Por ejemplo, por el folleto informativo "Die intelligente Ortsnetzstation - Ein wichtiger Smart Grid- Baustein", SEEDEf Os m Ar TKIOSK_12-12_1.1 de 2012 de Schneider Electric Energy GmbH, en la página 7 se conoce un transformador de red local de regulación continua electrónica.

Por la información de producto "FITformer® REG - Der regelbare Ortsnetztransformator", número de pedido E50001-G640-A220-V2, TH 101-140819 DB 10140.3 del año 2014, se conoce un transformador de tres niveles.

Se conocen reguladores de red, por ejemplo de la información de producto "Netzregler" de Walcher GmbH & Co. KG. También de la información de producto "Magtech-Netzregler: Spezialist für Netzauslaufer mit Photovoltaik-Anlagen" se conoce un regulador de red.

Por el documento WO 2012/037989 A1 se conoce un procedimiento para la distribución de energía asistida por ordenador en una red de energía descentralizada, en la que en el funcionamiento de la red de energía mediante un procedimiento de optimización matemática se propone una regulación mejorada de potencias activas, que están disponibles en distintos puntos de la red de energía. A este respecto, sobre todo el consumo de energía o la alimentación de energía de consumidores de energía descentralizados o generadores de energía se controla mediante una evaluación de valores de medición.

Además, por el documento WO 2010/0357516 A1 se conoce un procedimiento para averiguar flujos de carga eléctricos en una red de suministro de energía, adaptándose dinámicamente los perfiles de carga de consumidores mediante valores de medición en la explotación de la red de suministro de energía.

A este respecto, hasta ahora era habitual con respecto a la planificación de una red de energía, debido a la complejidad de una red de energía típica y a sus equipos regulables en la planificación examinar solo aspectos parciales. Para ello en el maco de solo algunas variantes, concebidas por un planificador se especifican posibles emplazamientos de RONT y se evalúan con ayuda de simuladores de flujo de carga. Debido al elevado número de soluciones posibles en este modo de proceder deben dejarse al margen aspectos parciales o correlaciones entre los aspectos, para alcanzar un resultado en un tiempo limitado.

Como alternativa para esto, desde hace tiempo se llevan a cabo ensayos de campo de larga duración o mediciones para ayudar a encontrar soluciones.

Un procedimiento de tipo genérico se conoce por el documento WO 2014/152408 A2. Además, se conocen los documentos US 2015/088439 A1 y US 2009/276170 A1, que se ocupan de la optimización de redes de energía.

Partiendo de los planteamientos conocidos para la planificación de una red de energía eléctrica con equipos regulables para la transmisión de energía la invención se basa en el objetivo técnico de indicar un procedimiento para modernizar de la red de energía, que permita con gastos de modernización comparativamente bajos y/o pérdidas de energía una calidad de tensión elevada también en caso de una alimentación de energía descentralizada incrementada.

La invención resuelve este objetivo mediante un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1.

A este respecto, por equipos regulables han de entenderse en el marco de la invención equipos mediante los cuales puede regularse una tensión. Por ejemplo, un transformador de red local regulable es un equipo regulable. Una posición de regulación es a este respecto por ejemplo, una posición de nivel de un transformador de red local continuamente regulable. En general la posición de regulación indica la medida en la que (por ejemplo, 3,5 %) el equipo regulable debe desviarse de su valor normal (por ejemplo, en el rango de baja tensión 230V = 100 %) para la tensión de salida. La red de energía existente puede contener a este respecto ya equipos regulables para la transmisión de energía, en los que deben reequiparse otros equipos regulables adicionales, con el fin de mantener durante el funcionamiento de la red de energía la banda de tensión predeterminada.

El modelo de la red de energía considera en el caso más sencillo solo una distribución de tensión y por lo tanto generalmente es diferente a los modelos de flujo de carga o modelos de red, tal como se emplean habitualmente en la planificación de red.

Los ajustes de regulación de equipos de regulación existentes, así como los emplazamientos/ajustes de regulación de nuevos equipos de regulación necesarios se seleccionan a este respecto de modo que la función objetivo se minimiza.

Los gastos de modernización en el sentido de la invención son gastos, originados por ejemplo, cuando por parte de un personal correspondiente se sustituyen transformadores correspondientes por RONT. A este respecto, al menos la parte de red dispuesta aguas abajo del transformador existente debe desconectarse, para llevar a cabo la renovación. Esto significa una disponibilidad reducida de la red de energía para clientes, lo cual es desventajoso. Además deben adaptarse también las posiciones de regulación de otros equipos regulables, lo que lleva igualmente a gastos de personal, costes y disponibilidad reducida. Tal como se aclara, el concepto gastos de modernización abarca tiempo y costes para la renovación de la red de energía mediante los resultados de la simulación. Generalmente los gastos de modernización son mínimos, cuando solo debe reemplazarse un número lo más pequeño posible de equipos regulables y solo un número lo más pequeño posible de equipos regulables existentes debe proveerse con otra posición de regulación.

Las pérdidas de energía en el sentido de la invención son pérdidas de energía eléctrica en los equipos regulables, que por ejemplo, se originan en un transformador, que se hace funcionar con una posición de regulación predeterminada.

Es una ventaja esencial del procedimiento de acuerdo con la invención que mediante la minimización de la función objetivo puede efectuarse una optimización, que lleva a gastos especialmente reducidos, pérdidas de energía y costes para el reequipamiento. Por el contrario, en el caso de un reequipamiento convencional de una red de energía a menudo se utilizan fuentes de potencia ciego adicionales, que sin embargo lleva a corrientes más altas en la red de energía y con ello también a mayores pérdidas de red.

En una forma de realización preferida del procedimiento de acuerdo con la invención se emplea un sistema de ecuación y/o sistema de inecuación lineal. Esto es una ventaja porque de esta manera puede emplearse un modelo matemático que va a resolverse de manera comparativamente rápida y eficiente o una simulación, que formula las condiciones de tensión como sistema de (in)ecuación lineal dependiendo de las posiciones de regulación de todos los equipos de regulación existentes y como equipos de regulación que van a instalarse por primera vez. Para el cálculo ya se ponen a disposición solucionadores potentes. En el marco de la evaluación del modelo puede utilizarse por ejemplo el solucionador lp_solve gratuito, que está disponible en internet en numerosas direcciones para su descarga.

En una forma de realización preferida adicional del procedimiento de acuerdo con la invención el resultado se emplea para reequipar en la posición indicada en la red de energía los equipos regulables necesarios adicionalmente. A este respecto generalmente se ajusta también la posición de regulación del equipo regulable y de todos los demás equipos regulables ya existentes de acuerdo con el resultado, lo que provoca una coordinación óptima de equipos de regulación de tensión nuevos y ya existentes.

En una forma de realización preferida adicional del procedimiento de acuerdo con la invención, como equipos regulables se emplean un transformador de subestación con tensión de salida regulable y/o transformadores de red local de regulación gradual y/o transformadores de red local de regulación continua y/o reguladores de red. Esto es una ventaja porque mediante los diferentes equipos regulables pueden realizarse en cada caso adaptaciones de la tensión a diferente altura, diferenciándose claramente los diferentes equipos regulables en cuanto a su flexibilidad y en cuanto a la regulación de tensión (por ejemplo, el número de los niveles, así como la extensión porcentual de los niveles) y el precio.

A este respecto transformadores de red local de regulación gradual con equipos en el marco de la invención, cuya tensión de salida puede ajustarse en niveles. Por ejemplo son posibles tres niveles con 96 %, 100 % y 104 % del valor normal para la tensión de salida. Sin embargo hay también transformadores de red local de regulación continua, en los que, por ejemplo, aguas abajo de un transformador de red local en su lado de baja tensión está conectado un regulador de red, que puede variar la tensión de salida continuamente entre 0 y 7 %. Un transformador de red local de regulación continua se conoce por ejemplo por la empresa MagTech.

Los reguladores de red son transformadores, cuya tensión de entrada y tensión de salida está establecida en el mismo plano de tensión. Por lo tanto pueden utilizarse tanto en el rango de baja tensión como en el rango de media tensión, para regular la tensión.

En una forma de realización preferida adicional del procedimiento de acuerdo con la invención la banda de tensión predeterminada es de+/-10 % de una tensión nominal predeterminada de la red de energía. Esto es una ventaja porque esta es una banda de tensión permitida exigida de acuerdo con distintas normas. En principio, sin embargo el procedimiento de acuerdo con la invención puede considerar todas las bandas de tensión de ancho diferente, si esto fuera concretamente necesario.

Se minimiza la función objetivo mediante una optimización combinada en números enteros. Esto es una ventaja porque con una optimización combinada en números enteros pueden encontrarse una solución de manera rápida y sencilla. Por consiguiente, el procedimiento de acuerdo con la invención llega al resultado de manera rápida y con un esfuerzo comparativamente reducido para la simulación.

En una forma de realización preferida adicional del procedimiento de acuerdo con la invención se emplea como optimización combinada en números enteros un procedimiento de ramificación y acotamiento (Branch&Bound). Esto es una ventaja porque los procedimientos de ramificación y acotamiento están muy extendidos y se han probado desde hace mucho tiempo.

En una forma de realización preferida adicional del procedimiento de acuerdo con la invención, como resultado para cada equipo regulable adicional se indica un tipo específico del equipo de un fabricante específico. Esto es una ventaja porque diferentes tipos de aparatos de diferentes fabricantes se diferencian claramente en sus capacidades técnicas y costes. Por ejemplo es más barato y con frecuencia requiere menos mantenimiento durante el funcionamiento, utilizar un transformador más sencillo con únicamente tres niveles en lugar de un transformador más complejo con cinco niveles, cuando en la posición indicada en el resultado en la red de energía también es suficiente un conmutador de tres niveles.

Además, la invención se plantea el objetivo técnico de indicar partiendo de planteamientos conocidos para la planificación de una red de energía eléctrica con equipos regulables para la transmisión de energía, una disposición de procesamiento de datos para el reequipamiento de la red de energía, que permita con gastos de modernización comparativamente bajos y/o pérdidas de energía una calidad de tensión elevada también en caso de una alimentación de energía descentralizada incrementada.

La invención resuelve el objetivo anterior también mediante una disposición de procesamiento de datos de acuerdo con la reivindicación 7. Formas de realización preferidas resultan de las reivindicaciones dependientes 8 a 11. A este respecto para la disposición de procesamiento de datos de acuerdo con la invención y sus formas de realización resultan lógicamente las mismas ventajas tal como se explica al principio para el procedimiento de acuerdo con la invención.

Además, la invención se plantea el objetivo técnico de indicar partiendo de planteamientos conocidos para la planificación de una red de energía eléctrica con equipos regulables para la transmisión de energía, un producto de programa informático, mediante el cual el procedimiento de acuerdo con la invención pueda utilizarse en un equipo de procesamiento de datos.

La invención resuelve el objetivo anterior también mediante un producto de programa informático de acuerdo con la reivindicación 12. A este respecto para el producto de programa informático de acuerdo con la invención resultan lógicamente las mismas ventajas tal como se explica al principio para el procedimiento de acuerdo con la invención. A continuación, mediante un ejemplo de realización del procedimiento de acuerdo con la invención se explica cómo puede llevarse a cabo una simulación y cómo puede emplearse el resultado.

A este respecto se explica el ejemplo de realización mediante las figuras 1 a 11, así como las tablas 1 y 2.

Muestran en representación esquemática

la figura 1 un ejemplo de red de energía con equipos regulables para la transmisión de energía y la figura 2 como ejemplo de simulación con potencia constante para un caso de carga intensa en el primer ejemplo de red de energía la desviación de tensión de la tensión nominal en los nodos 1 a 8 de acuerdo con la figura 1 y

la figura 3 como ejemplo de simulación con potencia constante para un caso de carga intensa en el primer ejemplo de red de energía la desviación de tensión de la tensión nominal en los nodos 1 a 8 de acuerdo con la figura 1 y

la figura 4 como ejemplo de simulación con corriente constante para un caso de carga intensa en el primer ejemplo de red de energía la desviación de tensión de la tensión nominal en los nodos 1 a 8 de acuerdo con la figura 1 y

la figura 5 una disposición de procesamiento de datos para llevar a cabo el procedimiento de acuerdo con la invención y

la figura 6 el ejemplo de red de energía de acuerdo con la figura 1 para un caso de carga intensa y la figura 7 el ejemplo de red de energía de acuerdo con la figura 1 para un caso con alimentación intensa y la figura 8 un ejemplo de red de energía reequipada mediante un primer resultado de simulación en el caso de carga intensa y

la figura 9 un ejemplo de red de energía reequipada mediante el primer resultado de simulación en el caso de alimentación intensa y

la figura 10 un ejemplo de red de energía reequipada mediante un segundo resultado de simulación en el caso de carga intensa y

la figura 11 un ejemplo de red de energía reequipada mediante un segundo resultado de simulación en el caso de alimentación intensa y

la figura 12 el ejemplo de red de acuerdo con la figura 1 con tensión media elevada en el nodo K0 y la figura 13 tensiones de nodo considerando términos de corrección para errores de linealización y la figura 14 tensiones de nodo en caso de una gestión de alimentación optimizada

la figura 15 una curva característica de regulación de una regulación combinada.

El método se ha evaluado en una red ejemplar representativa y se ha comprobado su eficacia.

El procedimiento permite la observación extensa de todos los elementos de regulación de tensión o equipos regulables y permite por consiguiente por primera vez una coordinación completa de todos los elementos de regulación: Así, por ejemplo, las posiciones de nivel de la ERL regulada de forma estática se seleccionan de tal modo y se adaptan con la regulación de tensión en la subestación de tal modo que solo son necesarios un número mínimo de equipos de regulación nuevos como RONT y/o reguladores de red. Esto es ventajoso, porque pueden ahorrarse costes.

El procedimiento permite de manera analítica la determinación de aquellos lugares o posiciones en la red de energía, en los que son más útiles nuevos elementos de regulación de red. El procedimiento permite ponderar cuándo deben utilizarse reguladores de red y cuándo RONT. Además, la selección de proveedores asequibles de elementos de regulación de red puede realizarse dependiendo de costes y rangos de regulación, de modo que solo se produzcan costes mínimos para las empresas explotadoras de red a consecuencia de una reconversión.

El procedimiento de acuerdo con la invención puede utilizarse por ejemplo, para estudios de redes relativos a conceptos de regulación de tensión o como herramienta para el diseño óptimo de RONT (averiguación y valoración de los niveles de RONT dinámicos y estáticos técnicamente y económicamente necesarios). Además, aplicando el procedimiento de acuerdo con la invención pueden planificarse proyectos de tecnología de control de procesos industriales específicos para cada cliente. El procedimiento de acuerdo con la invención puede facilitarse a este respecto por ejemplo, como solución de software.

Para la simulación están previstos distintos equipos regulables:

Siemens FITformer

Esta solución combina un nivelador accionable sin electricidad en lado de tensión primaria (+/-2,5/5 %) con una protección accionable bajo carga en el lado de baja tensión. Su rango de regulación está diseñado simétricamente y presenta un rango de regulación de carga de /- 3,57 %, o /- 4,35 %. La transmisión variable se alcanza mediante tomas del bobinado del lado secundario.

MR GridCon iTap

Esta solución de MR Reinhausen se basa asimismo en el principio de la transmisión inductiva. A este respecto la graduación se realiza a través de un conmutador de niveles que puede accionarse bajo carga en el lado de la tensión primaria. En este caso, con hasta 9 niveles, puede realizarse un funcionamiento simétrico o asimétrico, según los requisitos.

MRONT Magtech

En esta solución la densidad de flujo magnético en el núcleo de hierro se ve influida por un campo magnético igual acoplado adicionalmente. Debido a este principio la densidad de flujo y con ello la tensión inducida pueden ajustarse continuamente.

Reguladores de red

Otra posibilidad de mantener la tensión de red dentro de los límites permitidos son reguladores de red.

Por esto se entiende asimismo un regulador de tensión inductivo, que por ejemplo, se integra en el tramo de un cable de empalme largo, para regular la tensión de red de los nodos de este trozo resonante. A este respecto existen soluciones tanto en el lado de media tensión como de baja de tensión. Un regulador de red de este tipo se utiliza puntualmente y debe diseñarse solo para una potencia correspondientemente pequeña en comparación con el transformador RONT, o transformador de subestación, de modo que en este caso pueden producirse ventajas en los costes. En el pasado se emplearon los denominados elevadores de tensión, para compensar caídas de tensión demasiado grandes en el caso de líneas de derivación largas en la red de distribución.

reguladores de red tensión media

En este caso se conecta un autotransformador de la empresa Siemens para compensar las diferencias de tensión en un ramal. En este sentido cabe mencionar un precio de aproximadamente 110000 euros a 140000 euros.

Reguladores de red de baja tensión

Un regulador de red de este tipo de la empresa Walcher funciona asimismo según el principio de transmisión inductivo y consta de transformadores en cascada según la fase. El precio para estos depende de la potencia, sin embargo para una solución seleccionada cabe mencionar un precio de 16000 euros.

Para la finalidad de la simulación:

La tensión de red puede verse influida asimismo mediante la reducción, o generación de potencia reactiva inductiva de los generadores descentralizados. A este respecto, los generadores descentralizados temporalmente con punto de conexión en el plano de la tensión media deben poder emitir su potencia efectiva en un factor de potencia de cos 9 = 0, 95 "insuficientemente excitado" y "sobreexcitado". Por lo general, a este respecto, el funcionamiento insuficientemente excitado es de mayor relevancia. Un funcionamiento de este tipo puede estar asociado a una carga de potencia superior y a pérdidas de red adicionales, cuando no se compensa precisamente la potencia reactiva de consumidor. Ahora queda claro que en el sentido de un funcionamiento de red óptimo, pero también de una estructura de red óptima en cuanto a costes deben coordinarse las opciones individuales de la regulación de tensión operativa.

A continuación se representa un procedimiento, que tiene por objeto el tratamiento de las siguientes cuestiones:

- ¿cuál es el diseño más económico del nivelador de las ERL convencionales?

- ¿en qué lugares en la red deben utilizarse transformadores RONT, o reguladores de red?

- ¿cuántos RONT o reguladores de red deben utilizarse en la red?

- ¿qué valor nominal de tensión debe ajustarse en un transformador de subestación?

- ¿es un valor deseado unitario suficiente o debe utilizarse una regulación dinámica (por ejemplo, regulación combinada) para la regulación de tensión en la subestación?

- ¿qué aspecto debe tener una regulación de tensión dinámica?

- ¿cuándo puede utilizarse un regulador de red en lugar de un RONT?

- ¿cuál es el presupuesto para medidas de ampliación convencionales en la técnica primaria en lugar de la inversión en reguladores de tensión, o RONT?

Las siguientes realizaciones deben verificarse mediante un ejemplo de red de energía (figura 1), que sin embargo ya contiene estructuras de red típicas.

El ejemplo de red 1 se representa en la figura 1 y presenta las siguientes estructuras de red de distribución típicas:

- un suministro de alta tensión 20 suministra a través de un transformador 2 en la subestación un plano de tensión media K0 con tres divisiones de línea 3,4,5.

- están previstos transformadores 6 a 11 para el suministro del plano de baja tensión, que pueden conmutarse gradualmente, pero no bajo carga (dinámicamente).

- un trozo resonante de línea 3 sencillo con un alimentador descentralizado DC (por ejemplo, un parque eólico) en el plano de tensión media y un alimentador DC en el plano de baja tensión 12 (por ejemplo, de una instalación fotovoltaica).

- un segundo trozo resonante de línea 4 presenta una alimentación DC en el plano de tensión media, así como una ramificación 14 en el plano de baja tensión, de modo que se producen dos salidas de baja tensión13,15. A este respecto, la salida 16 está adicionalmente ramificada y presenta una salida 17 adicional con una posición, para la que en el procedimiento de acuerdo con la invención se propone un equipo regulable o un transformador 18. - un tercer trozo resonante de línea 5 proporciona cuatro ramificaciones con los transformadores 8 a 11.

A este respecto los equipos de alimentación en cada caso, que pueden ser, por ejemplo, instalaciones fotovoltaicas, está señalada con el símbolo DC. Los puntos de nodo en la red de media tensión presentan la marca N y un número.

El transformador 2 representado, así como los transformadores adicionales presentan a este respecto posibilidades de ajuste para la regulación de tensión, que deben seleccionarse de modo que, en situaciones de alimentación diferentes, mediante los equipos de alimentación DC puede cumplirse con la banda de tensión predeterminada de /-10 % de la tensión nominal en todos los planos de tensión.

El problema descrito puede representarse mediante un sistema de ecuación indeterminado, cuyos grados de libertad puedan emplearse para la optimización de una función de costes que va a seleccionarse. Un problema de optimización presenta siempre los tres componentes de variable, función objetivo y condiciones secundarias. A este respecto las variables de regulación para el establecimiento de transformadores RONT o reguladores de red representan variables de decisión binarias, los niveles de regulación de los transformadores de subestación, de las ERL, de los RONT y de los reguladores de red variables de números enteros (por ejemplo, niveles: -2,-1,0,+ 1,+2). La condición de integridad puede omitirse en el caso de reguladores de tensión continuos.

La averiguación de la tensión de nodo que varía mediante las posiciones de nivel ha de realizarse en el caso más general mediante un cálculo de flujo de carga. El problema de flujo de carga puede formularse mediante ecuaciones de condición secundaria con las variables continuas para las tensiones de nodo y corrientes de derivación. Debido a la no linearidad de las ecuaciones de flujo de carga, debido a la linealización necesaria se produce un gasto de modelación correspondientemente alto. Otras condiciones secundarias resultan debido a la exigencia de cumplimiento de los límites de carga admisibles, así como de las condiciones para la calidad de tensión.

En el marco de estas condiciones secundarias las variables pueden averiguarse de tal modo que la función objetivo se optimiza, o en el presenta caso se minimiza. La función objetivo se formula da este respecto como una función de costes, que representa la suma de los gastos de inversión en RONT y reguladores de red, así como los costes operativos.

El objetivo de optimización en un principio puede resolverse, también bajo el aspecto de que han de considerarse distintos casos operativos de la red. No obstante el gasto de modelación y el gasto de cálculo resultante de ello es enorme- el gasto aumenta exponencialmente con el número de variables, de modo que para una solución práctica del objetivo han de llevarse a cabo simplificaciones. Esto en el presente problema es realmente posible.

La meta del cálculo para el ejemplo de red 1 es, indicar las posiciones de regulación de todos los equipos regulables ya existentes y constatar si en la posición 18 realmente se necesita un transformador RONT o reguladores de red (y su posición de regulación).

A este respecto, sin embargo, deben realizarse las siguientes suposiciones:

1. Se parte de que no aparecen sobrecargas de medios de producción. En este caso las corrientes de derivación no deben modelarse como variables y el problema puede reducirse al problema de tensión.

2. Las diferencias de tensión a través de elementos de ramificación dependen solo del flujo de potencia, no de la tensión de nodo absoluta.

3. La solución debe ser válida para todos los casos operativos.

4. La cantidad de los posibles casos operativos puede limitarse implícitamente mediante la selección de casos operativos de referencia representativos: Si la solución para estos casos operativos es válida, entonces es válida también para todos los demás casos operativos.

La primera suposición lleva a una simplificación significativa del problema. Esto es admisible, dado que

- el problema descrito de hecho es un problema de tensión: Esto se refleja en la normativa vigente, que se focaliza en la problemática de tensión.

- no se exige la fiabilidad de suministro (n-1) para alimentaciones descentralizadas. Los posibles excesos de carga pueden manejarse, por ejemplo, mediante gestión de alimentación, de modo que puede eliminarse al menos sobrecargas. Por consiguiente la observación ha de llevarse a cabo también solo para el estado de conexión normal de la red.

La segunda suposición deja a un lado la dependencia de tensión de las corrientes de carga y de generador. Esto se corresponde aproximadamente con un problema de flujo de carga lineal, en el que las corrientes de carga y de alimentación son constantes.

La cuarta suposición reduce enormemente el volumen del problema de optimización: Esto puede formularse en principio para una cantidad discrecional de estados operativos. De estos estados operativos los siguientes casos son de especial importancia:

a) funcionamiento con carga máxima y potencia de alimentación mínima

b) funcionamiento con carga mínima y potencia de alimentación máxima

La exactitud de este planteamiento se fundamenta en la linealidad: si para las variables de optimización averiguadas se cumplen las condiciones de tensión para estos dos casos operativos, se cumplen también para estados intermedios. Los valores de tensión extremos aparecen solo en estos casos operativos a y b.

La magnitud de la tensión |UiAk| del nodo i para el caso operativo de orden k resulta de un valor inicial (caso 0) y diferencias de tensión adicional, que principalmente son debidas a los reguladores de tensión. Además la tensión adicional se provoca también mediante diferencias de tensión dependientes de la corriente en los medios de producción. El problema de flujo de carga puede describirse por consiguiente con los siguientes modelos matemáticos (ecuaciones 1-3, véase el anexo observación matemática).

Para simplificar las siguientes realizaciones se supone que las potencias de alimentación y cargas de consumidor son reales. Para potencias complejas se produce de forma tendencial la misma afirmación. Con ello se simplifica la ecuación (3), si adicionalmente se considera una relación de transmisión real debido a la característica de regulador longitudinal, respecto a (ecuación 4-8).

La primera suma de la ecuación 8, el término de linealización, describe las diferencias de tensión con respecto al valor |u(0)| debidas a la no linealidad. En el caso de un carácter de potencia constante unitario el término de linealización debe analizarse con más detalle. Puede descomponerse a este respecto de nuevo en una suma con las resistencias de acoplamiento diferenciales y un término con la resistencia propia diferencial (ecuación 9).

Las resistencias propias y de acoplamiento pueden averiguarse con ayuda del cálculo de flujo de carga directamente. Las incógnitas Ai(k) pueden averiguarse de la siguiente manera a partir de las tensiones de nodo de los nodos m (ecuación10-13).

A partir de esto resulta el término de linealización (ecuación 14,15), de modo que las ecuaciones de tensión presentan la siguiente forma (ecuación 16-18).

Las dos figuras 2 y 3 muestran las desviaciones de tensión porcentuales entre las tensiones de nodo calculadas de acuerdo con el modelo lineal 22 y aquellas tensiones de nodo, que se han averiguado de acuerdo con el programa de cálculo de red 21 con el procedimiento de Newton-Raphson. A este respecto también están representadas tensiones de nodo de acuerdo con valores de estimación 23 (|ui(0)|). Los valores de estimación se producen en la simulación cuando se comienza a hallar la solución, cuando todas las posiciones de nivel se fijan en el punto neutro (es decir, 100 % de la tensión nominal en el lado de salida de un transformador).

La figura 2 muestra un caso para el ejemplo de red con carga alta. Las posiciones de nivel se han seleccionado ahora ya de modo que las tensiones en el corredor se sitúan en /- 10 %. Las tensiones de nodos, que se han calculado de acuerdo con el programa de cálculo de red 21, son exactas en caso de una potencia constante. La diferencia de los valores de tensión entre den procedimiento 21 y 22 es muy baja- esto muestra que la utilización de un modelo lineal para la simplificación de los cálculos es adecuada para la invención.

Se muestra que en una carga intensa (figura 2) y en caso de generación intensa (figura 3) las desviaciones del procedimiento de aproximación son sistemáticas: Por consiguiente cabe esperar que en caso de aplicar el término de linealización pueden alcanzarse resultados mejorados. Cuando las corrientes de nodo no dependen de la tensión (cargas de corriente constante, o alimentaciones de corriente constante), el término de linealización no aporta nada (Ai = 0) y en este caso no debe contemplarse: Para el carácter de corriente constante de las cargas y alimentaciones, por lo tanto para el modelo simplificado pueden esperase resultados de cálculo muy buenos (figura 4). Por consiguiente se simplifica el problema de flujo de carga respecto a ecuación 19 y 20.

A este respecto rj(k) describe la posición de regulación del elemento de regulación de orden j, Auj la tensión adicional/nivel de regulación de este regulador y ki,j un factor de correlación. En las siguientes consideraciones se emplea el modelo de corriente constante.

El coeficiente ki,j (en la ecuación 20) describe la correlación de la tensión en el nodo de orden i con la posición de elemento de regulación de orden j (ecuación 21). Esta variable puede averiguarse o bien mediante topología con una búsqueda en anchura, o analíticamente con un análisis de correlación. En el último caso resultan los coeficientes de correlación como se representa en la ecuación 23.

El valor para £ debería seleccionarse algo más pequeño que la tensión adicional/valor de regulación Auj más pequeño. En última instancia con ayuda de este planteamiento puede establecerse un sistema de ecuación lineal para la averiguación de las tensiones de nodo dependiendo de los ajustes de regulador. Esto representan entonces el problema de flujo de carga como las ecuaciones de condición secundaria. La regulación puede realizarse de manera continua o discreta. En la nivelación discreta han de formularse la posición de nivel, así como la tensión adicional/nivel como condiciones secundarias, por ejemplo, ecuación 23-30.

Las condiciones de tensión de la norma EN 50160 pueden introducirse fácilmente como condiciones secundarias lineales adicionales: ecuación 31-33. Naturalmente los límites eventualmente deben enmarcarse de manera más nítida, cuando vayan a tenerse en cuenta reservas.

Las variables de regulación fijan la necesidad de un transformador RONT o de un regulador de red. Estas son de naturaleza binaria. Todas las ERL se modelan como conexión en serie de una ERL convencional con niveladores y de un transformador RONT. En el marco de la optimización las variables rj(k) se averiguan para cada caso operativo y a partir de estas se derivan las variables de decisión bj binarias para un transformador RONT o un regulador de red. Las condiciones para ello para el RONT son: ecuación 34-35.

Dado que el nivelador del transformador convencional no puede conmutarse bajo carga, la posición de nivel resultante para todos los casos operativos debe ser igual. Si esto no es posible, entonces deben realizarse de este modo las diferentes posiciones de nivel resultantes con un RONT.

La condición para la necesidad de un regulador de red es: ecuación 36-37.

Con ayuda de las variables de decisión obtenidas de este modo puede formularse ahora la función objetivo (ecuación 38). Las constantes C corresponden a este respecto a los gastos de inversión para un RONT, o un regulador de red. Si a este respecto los costes para el transformador correspondiente no fueran unitarios- por ejemplo, debido a diferentes potencias de medición, entonces pueden fijarse también valores individuales para los costes.

Para la averiguación de la solución se averiguan en primer lugar los vectores iniciales de las tensiones de nodo |ui(0)|. Esto se realiza con ayuda de cálculos de flujo de carga para los casos extremos relevantes en el caso de posición neutra de todos los equipos de regulación de tensión. Esta "estimación" proporciona ecuaciones de condición secundaria adicionales para las tensiones de nodo.

El modelo obtenido de este modo representa un problema de optimización, que puede describirse mediante la linealización del problema de flujo de carga con ayuda de condiciones secundarias lineales y una función objetivo lineal. A este respecto aparecen variables de optimización reales, de integridad y binarias. Un objetivo de optimización puede resolverse con los métodos de la programación matemática. Debido a la propiedad de integridad de una parte de la variable ha de aplicarse en este caso el procedimiento de la enumeración implícita (Branch & Bound). En este sentido en primer lugar para una parte de las variables se plantean las condiciones de integridad y se averigua un valor óptimo con ayuda del método Simplex. Si este es pero que una solución admisible averiguada anteriormente, entonces puede prescindirse de un examen adicional de la correspondiente "rama de solución", sin tener que examinar explícitamente para ello combinaciones de variables correspondiente.

La solución misma puede realizarse con los denominados solucionadores, que esperan la formulación del problema en forma de ecuación estandarizada y procesan las ecuaciones en la etapa de optimización propiamente dicha. Para los siguientes cálculos se utiliza el solucionador Open-Source-Solver "lp solve" (Michael Berkelaar, lp solve, 2012). Este solucionador aunque alcanza su límite de rendimiento más rápidamente frente a solucionadores disponibles en el mercado como cplex o Xpress. Sin embargo el solucionador Ip es suficiente para el planteamiento de la tarea presentada en esta memoria. El tiempo de cálculo total se sitúa en las redes de ejemplo en el intervalo de 200 ms, de modo que también en tamaños de red realista y con ello en un número de variables mayor también con lp solve puede esperarse una velocidad de cálculo aceptable.

Como alternativa a este aspecto podrían utilizarse también otros procedimientos de la optimización global, tal como se hizo por ejemplo, en la planificación de red y en la protección de red. Los procedimientos de combinación y heurísticos allí descritos son ventajosos cuando no se dejan de lado las no linealidades, o cuando el número de variables y el intervalo de valor correspondiente no son demasiado grandes.

Esto no se espera en el planteamiento de la tarea presente. Más bien la independencia del procedimiento de solución del planteamiento de la tarea permite la adaptación sencilla mediante modificación de los sistemas de (in)ecuación, de modo que no pueden procesarse diversos planteamientos de problemas.

En la figura 5 se representa el proceso de trabajo práctico. A este respecto se utiliza una disposición de procesamiento de datos 50. La disposición de procesamiento de datos 50 presenta en este ejemplo de realización un programa de cálculo de red 51, un configurador 56, un generador de modelos 57, un solucionador llamado solucionador lineal de problemas de enteros-mixtos (MILP-Solver, Mixed-Integer Linear Problems Solver) 59 como componente de cálculo, así como un intérprete de resultados 58.

Con un programa de cálculo de red 51 se establece un modelo de red 52 y se estima un flujo de carga 54. Además se realiza un análisis de sensibilidad 55. A partir de una base de dato de red 53 después con ayuda de un generador de modelos se genera el sistema de ecuación y se escribe en un fichero ASCII. El sistema de ecuación establecido de este modo se transfiere al generador de modelos 57.

Dado el caso, la tarea de optimización en el generador de modelos 57 puede adaptarse con un configurador 56 mediante un usuario: por ejemplo, pueden variarse condiciones secundarias.

El modelo se transfiere del generador de modelos 57 al solucionador MILP 59, que calcula detalladamente la simulación y minimiza la función objetivo. El resultado 60 se facilita.

Tras el éxito de la solución el fichero de resultados, que de nuevo se presenta en forma ASCII, se interpreta mediante el intérprete de resultados 58 y se actualiza las entradas correspondientes en la base de datos de redes 53.

A continuación se representa el resultado de la simulación.

Para el ejemplo de red de acuerdo con la figura 1 se contemplan ahora dos casos operativos:

- caso de carga intensa: todas las alimentaciones descentralizadas se ponen a 0. Solo se consideran las cargas. - Alimentación intensa: todas las cargas se ponen a 0. La alimentación proporciona su máxima potencia activa en el caso de un factor de potencia cos $ = 1.

- La tensión del nodo de subestación 2 se regula localmente (regulación de tensión estática). Para este propósito el valor deseado de la tensión se ajusta a un nivel fijo - en este caso a 102 % de la tensión nominal.

Con ello, con un cálculo de flujo de carga en la posición neutral de todos los reguladores resultan las tensiones de nodo en la figura 6, que están indicadas en cada caso para los puntos de nodo de baja tensión K1 a K8 en porcentajes de la tensión nominal. A diferencia de la figura 1, en este caso se añade también una alimentación de tensión 63, que aplica a la red de ejemplo de la figura 1 una tensión de 102 % de la tensión nominal en el plano de tensión media. Esto es un planteamiento sencillo, para especificar al modelo una tensión fija en el lado de salida del transformador 2.

Se detecta mediante los resultados de flujo de carga en la figura 6, que en caso de carga de consumidor máxima se ajusta una tensión demasiado baja en el nodo K4 (88,65 % infringe la banda de tensión de 90 % a 110 %).

En caso inverso, en caso de una alimentación intensa en la figura 7 en los nodos K4, K5, K6, K7 y K8 resulta una tensión demasiado alta. De ello puede deducirse ya que al menos las posiciones de nivel en las ERL deben adaptarse, con el fin de poder cubrir ambos casos de carga.

Ahora, en primer lugar debe examinarse el siguiente caso: La banda de tensión se predetermina con /- 10 %. Las posiciones de nivel necesarias de los transformadores convencionales deben averiguarse. El valor deseado del regulador de tensión en la subestación se ajusta a 102 % en el sentido de la regulación de tensión estática.

Los resultados de la optimización están representados en la tabla 1.

Tabla 1

En primer lugar va a explicarse el formato de la tabla. Para cada uno de los nodos 1 a 8 resultan variaciones necesarias de la posición de nivel (*: el nodo 3 no tiene ningún equipo regulable conectado directamente aguas arriba, sin embargo se ve influido por el equipo regulable del nodo 2), siendo necesario para el caso de carga intensa, y el caso de alimentación intensa en el nodo 4, en cada caso una posición de nivel diferente. Esto significa que allí debe realizarse una regulación dinámica, lo que indica la incorporación de un equipo de regulación. A este respecto en el ejemplo se contemplan todos los transformadores ERL como de la misma construcción y presentan 5 niveles de -5 % a 5 %.

Ahora del resultado de acuerdo con la tabla 1 pueden deducirse los siguientes conocimientos: Las posiciones de regulación de los transformadores 5-8 han de adaptarse. No ha de instalarse ningún RONT. En su lugar, en la zona del nodo 4 puede instalarse el regulador de red más favorable en lugar de un RONT, ya que en la zona de la línea 17 se trata del plano de baja tensión - es suficiente con adaptar la tensión mediante un regulador de red en algún porcentaje. Los costes totales resultantes ascienden a 16000 euros, cuando se integra el aparato adecuado más favorable.

El resultado de la simulación puede confirmarse mediante cálculos de flujo de carga, cuyas soluciones para los nodos 1 a 8 están representadas en las figuras 8 (carga intensa) y 9 (alimentación intensa).

Ahora en la zona del nodo 2 va a predeterminarse una banda de tensión más estrecha de /- 5 %. En este caso inmediatamente apremia la pregunta de si en este caso un intercambio de la red de estación por un RONT no es la solución más adecuada. La tabla 2 muestra el resultado de la simulación para este caso.

Tabla 2

Del resultado se detecta que ahora en lugar de un regulador de red debe utilizarse realmente un RONT, para cumplir con las condiciones más estrictas. Por este motivo se aumenta el valor de función objetivo.

La verificación del resultado de optimización con ayuda de cálculos de flujo de carga está representada en las figuras 10 (carga intensa) y 11 (alimentación intensa). En la zona del nodo 2 los errores de linealización son algo más intensos que en las demás zonas. Sin embargo esto no tienen ninguna influencia en la última decisión de que debe preverse un RONT.

Este ejemplo sencillo explica una variante preferida del preferentemente de acuerdo con la invención.

En un perfeccionamiento, en lugar de la regulación de tensión dinámica con especificación de tensión constante mediante modificación sencilla de las condiciones secundarias pueden concebirse también regulaciones dinámicas como regulación combinada o incluso regulaciones de tensión de largo alcance (WBR, por sus siglas en alemán). No obstante, cabe indicar ya en este punto que, en el caso de una regulación de tensión dinámica, en particular en la subestación ya no puede garantizarse que el dominio de los casos extremo también significa al mismo tiempo que puedan dominarse casos operativos intermedios. En este caso averiguación y observación correspondiente de los puntos de nodo de red críticos son necesarios.

Resumiendo, puede constatarse que el procedimiento de acuerdo con la invención permite una averiguación de los ajustes de regulación y equipos de regulación de tensión necesarios teniendo en cuenta el empleo de capital más económico. Para ello se averiguan las ERL que deben reemplazarse por RONT. Los costes de capital correspondientes se tienen en cuenta. A este respecto la decisión puede recaer también a favor de un regulador de red, cuando ya con ello se han cumplido los límites de tensión de los nodos de red situados en la red parcial respectiva. El número mínimo de los aparatos de regulación necesarios se alcanza también de manera dirigida mediante el ajuste de posiciones de nivel óptimas de las ERL convencionales en el sentido de que sea necesario un margen de regulación adicional lo más pequeño posible. Esto es la base del ajuste óptimo del regulador de tensión en la subestación. El procedimiento descrito puede utilizarse en el marco de la planificación de estructura de red y representa por tanto en primer lugar un método offline.

En un primer perfeccionamiento del ejemplo de realización pueden reducirse errores de linealización.

La exactitud del procedimiento depende de la volatilidad de las tensiones de nodo. Si las tensiones de nodo se modifican mediante la posición de regulación solo en un margen limitado, entonces pueden dejarse de lado las desviaciones del cálculo lineal del cálculo complejo no lineal exacto. En caso de grandes diferencias de tensión entre el valor inicial y el valor de solución aparecen desviaciones sistemáticas debido a la dependencia de tensión de las corrientes de nodo, que son significativas, pero todavía manejables. Por lo tanto ya en la ecuación 8 se introduce un término de corrección, que tiene como objetivo la reducción del error de linealización.

La primera suma de la ecuación 8, el término de linealización, describe las diferencias de tensión mediante la no linealidad con respecto al valor uh En caso de un carácter de potencia constante unitaria el término de linealización debe analizarse con más detalle. A este respecto de nuevo puede descomponerse en una suma con las resistencias de acoplamiento diferenciales y un término con la resistencia propia diferencia.

En un primer planteamiento deben dejarse a un lado en primer lugar los miembros de acoplamiento a otros nodos de red. Entonces se produce la siguiente simplificación de acuerdo con la ecuación 39 y 40.

A este respecto la magnitud de la potencia aparente puede emplearse en lugar de la potencia efectiva. Este planteamiento debe comprenderse ahora para el caso de carga de acuerdo con la tabla 3, que resulta sin aplicar el término de linealización (* señala la tensión en el plano de tensión media K0).

Tabla 3

Las ecuaciones de flujo de carga deben modelarse en una primera etapa de acuerdo con la ecuación 39. Para este propósito resultan los elementos del término linealización de acuerdo con la tabla 4.

Tabla 4

Con estos valores para el término de linealización se amplían ahora las ecuaciones de tensión. A este respecto se deducen las posiciones de regulación del cálculo no corregido de la figura 12. En este ejemplo había solo un regulador de red en la red: de los reguladores de red, que regula el nodo K04. Suponiendo que el regulador de red pueda regular la tensión, se conoce la tensión de nodo (100 %) y puede por consiguiente dejarse a un lado en la consideración. Por tanto, las desviaciones numéricas se consideraron solo para el resto de nodos.

La corrección se efectúa para el caso de carga intensa (a). Los resultados del cálculo corregido están representados en la tabla 5. Se detecta que ahora todas las tensiones de nodo se mueven en la dirección de una tensión más alta.

Tabla 5

Los valores de tensión corregidos se han aproximado ahora significativamente a los valores de tensión reales, tal como muestra la figura 13. Partiendo de los valores de estimación 134 para las tensiones de nodo se producen las tensiones de nodo con término de corrección para la linealización 132 y sin término de corrección 133, en donde la solución exacta matemáticamente 131 está representado igualmente. Una mejora adicional es todavía posible, cuando se modelan las resistencias de acoplamiento n,j. Esto dará un efecto tanto más positivo, cuanto más intenso sea el acoplamiento, o cuanto más reducida sea la distancia eléctrica entre los nodos. En el ejemplo presente el acoplamiento se realiza principalmente a través de la red de media tensión, de modo que debido a las impedancias de transformador de las ERL las resistencias de acoplamiento individuales son muy pequeñas. No obstante estas aparecen como suma en la ecuación de tensión de cada tensión de nodo individual y por lo tanto tener una influencia significativa. Si además del acoplamiento propio también se considera el acoplamiento con otros nodos de red, el resultado de cálculo puede mejorarse de nuevo. No obstante, debe prestarse atención a que en el caso de considerar todos los posibles acoplamientos se de la exigüidad de la matriz de ecuaciones de tensión: Esto tiene una influencia clara en la velocidad de cálculo del solucionador. En caso de una estructura radial típica de una red se produce el acoplamiento de consumidores de diferentes tramos de tensión media a través de la impedancia del transformador de subestación. Sin embargo, estos acoplamientos se consideran implícitamente ya a través del término del nodo de subestación. Por consiguiente, únicamente necesitan considerarse todavía los términos de acoplamiento respecto a los nodos de red del mismo tramo de tensión media, o de baja tensión y se mantiene en gran medida la exigüidad de la matriz de tensión.

En un segundo perfeccionamiento del ejemplo de realización el procedimiento puede adaptarse, para indicar como resultado, además de la posición también el tipo necesario de un equipo regulable.

Para poder indicar en los ejemplos anteriormente mencionados para la simulación un tipo de un fabricante determinado como RONT que va a reequiparse, la posición de nivel, así como la tensión adicional/nivel pueden formularse como condiciones secundarias. A este respecto, por ejemplo, para la empresa Siemens FITformer resultan los valores de acuerdo con las ecuaciones 41 a 45, para la empresa MR GridCon iTap de MR Reinhausen los valores de acuerdo con las ecuaciones 46 a 50, para den MRONT Magtech en la variante de transformador los valores de acuerdo con las ecuaciones 51 a 55 y en la variante de regulador de red de acuerdo con las ecuaciones 56 a 58. Para el regulador de red de Walcher resultan los valores de acuerdo con la ecuación 59-61.

Con estos valores puede ampliarse el modelo de acuerdo con las ecuaciones 62-64. A este respecto, el término de regulación se divide en una parte convencional y en una parte RONT (suma doble), discurriendo el índice s por las distintas opciones. Esto significa que en principio todas las posibilidades de RONT opcionales se consideran al mismo tiempo en un lugar. Sin embargo mediante la función objetivo

si se da el caso, solo se selecciona una variante, y si es así, la más asequible.

La optimización se basa en el mismo modelo de red, tal como se ha explicado al principio. En los cálculos en ese lugar, primeramente en general el empleo de un regulador de red en caso de una banda de tensión máxima ha resultado ser la solución más favorable. Ahora se examina el regulador que debe utilizarse en este caso. Resulta que el regulador de red, que debe utilizarse, debe funcionar en ambas direcciones (posición de nivel -1 y 1). Esto no lo efectúa el regulador Magtech y por lo tanto en este lugar no puede utilizarse.

Ahora, de manera análoga al anterior modo de proceder la banda de tensión debe enmarcarse más estrechamente al menos en la zona del nodo 2. En este caso debe utilizarse un transformador RONT. Este es en este caso el regulador GridCon iTap. El regulador de red en la salida a K4 puede omitirse entonces, de modo que solo se originan los gastos de inversión para el RONT. Las soluciones son admisibles para este ejemplo (no se muestran detalles), no obstante hay desviaciones significativas en la zona del nodo 2 entre el cálculo de flujo de carga lineal y el iterativo. Sin embargo esto podría mejorarse con corrección correspondiente con la ayuda del término de linealización.

Ahora va a contemplarse el caso de cómo sería una solución con un transformador FITformer de Siemens. La función objetivo resultante consta ahora de los nodos de un FITformer y los costes de un regulador de red Magtech: Dado que el margen de regulación del FITformer no es suficiente para compensar la caída de tensión para el nodo 4, es necesario adicionalmente un regulador de red, que debe compensar caídas de tensión adicionales. Dado que el regulador Magtech puede regularse continuamente, debido a la ausencia de la condición de integridad las condiciones de tensión también se regulan exactamente. También en este caso debe destacarse que con ayuda de la regulación de tensión dinámica pueden dominarse los casos extremos. Sin embargo no queda garantizado que todos los casos que se produzcan eventualmente puedan controlarse. En este caso, en estructuras de consumidor y de generación heterogéneas han de vigilarse tensiones de nodo correspondientes.

En un tercer perfeccionamiento del ejemplo de realización el procedimiento puede adaptarse, para alcanzar también en caso de una red por lo demás sin modificar (sin equipos regulables adicionales) una tolerancia mejorada para alimentaciones elevadas.

Por la gestión de alimentación EEG se entiende una medida de seguridad de red para instalaciones de energías renovables, instalaciones de plantas de energía nuclear y grisú. Su alimentación privilegiada puede regularse temporalmente, cuando las capacidades de red disponibles para el transporte de corriente no son suficientes. En este sentido entonces a los explotadores de instalación afectados por la gestión de alimentación deben abonarse los pagos de indemnización correspondiente. Estos pagos de indemnización se cubren a través de contraprestaciones de red. A este respecto pueden aparecer dos motivos para iniciar la gestión de alimentación:

1. Sobrecargas de medios de producción

2. infracciones de las bandas de tensión predeterminadas mediante normas

En el primer caso las medidas de la gestión de alimentación son obvias: La potencia de generador ha de reducirse por ejemplo, en el ramal de red correspondiente de modo que se elimina la sobrecarga. Sin embargo, en función de la configuración de red el concepto de regulación de tensión para la red de distribución puede diseñarse de modo que con respecto a la tensión de nodo se obtiene un margen mayor hacia tensiones más altas, sin descuidar no obstante los requisitos en el caso de carga intensa. Un concepto de regulación de este tipo incluye la regulación de tensión dinámica en la subestación, así como las posiciones de nivelador estacionarias en las estaciones de red local (ERL). El método propuesto se explica en el ejemplo de red.

Al contrario que en el planteamiento anteriormente descrito, el procedimiento se emplea ahora para diseñar con gasto mínimo, es decir sin la utilización de transformadores RONT o reguladores de red, un concepto de regulación. Este concepto de regulación se efectúa con las siguientes medidas:

1. averiguación de un valor nominal unitario en la subestación en el sentido de una regulación de tensión estática.

2. Averiguación de las posiciones de nivel estacionarias de las ERL.

Para implementar este concepto de regulación, el procedimiento anterior se modifica como sigue:

- El valor nominal de tensión en la subestación se libera para la optimización, no obstante para ambos casos extremos debe presentar el mismo valor (carga máxima o alimentación máxima). El valor deseado en última instancia puede obtenerse entonces del valor inicial en la estimación y la posición de regulación resultante del regulador de subestación.

- La función objetivo se amplía en términos de penalización para el control de las regulaciones.

Habitualmente resulta más de una solución del problema de optimización. Las soluciones presentarán diferentes posiciones de regulación, sin infringir las condiciones secundarias o empeorar la función objetivo. Este margen puede utilizarse ahora para forzar los valores de tensión resultantes de los nodos de red hacia una dirección determinada. Si se quiere explotar la red en caso de pérdidas lo más bajas posible, entonces en general es deseable un nivel de tensión más alto. Sin embargo, si debe obtenerse un margen mayor en las reservas de tensión en caso de generación intensa, entonces debería orientarse el nivel de tensión general en los límites de tensión inferiores. El control se realiza mediante los términos de penalización en la función objetivo, evaluándose una desviación de una tensión de nodo de un nivel de tensión pretendido con un término de penalización (ecuación 65). Los términos de penalización se averiguan para todas las tensiones de nodo como sigue (ecuación 66).

Los términos de penalización deberían seleccionarse de modo que el resto de factores de coste sigan predominando. Los costes de inversión pueden mantenerse: Precisamente la meta es modificar el ajuste de regulación de tal modo que ya no sean necesarios equipos de regulación adicionales.

En el ejemplo empleado, a diferencia del proceso anterior se ha llevado a cabo una modificación: Las condiciones secundarias para el nodo K4 no se consideran en este caso, en otro caso el margen estaría demasiado limitado y el efecto deseado no resultaría tan claro. Sin embargo, esta inobservancia no representa ninguna limitación real: puede verse de manea equivalente con un regulador de red in K4, que ha resultado ser también al principio la solución más adecuada.

En la tabla 6 están representadas ahora las posiciones de regulación del equipo de regulación que queda.

Tabla 6

En este caso se detecta ahora diferencias claras en la interacción entre valor deseado en la subestación (nodo K0) y las posiciones de nivel en las ERL individuales. Como muestra la figura 14, en el caso optimizado el valor deseado se ajusta a 94 % = 102 % -4* 2 %, mientras que en el caso normal está ajustado a 102 %. Esto corresponde a los valores de ajuste de la tabla. Están representados los casos operativos situación de generación normal o típica 141, situación de carga normal o típica 142, situación de generación 141 optimizada como resultado del procedimiento perfeccionado así como situación de carga 143 optimizada como resultado del procedimiento perfeccionado. Se detecta que ahora la tensión operativa se desarrolla en ambos casos extremos 141,143 en la dirección de tensión más baja, sin quedar por debajo sin embargo de la tensión límite inferior de 90 %. Los términos de penalización se refieren en este sentido ahora al límite inferior de 90 %. La diferencia es significativa, pero todavía no resulta demasiado grande: La red misma presenta ya casos de carga y de generación tan extremos que se limita el margen.

En redes mejor acondicionadas resultan por tanto márgenes mayores, que también pueden utilizarse en bandas de tensión más estrechas predeterminadas. Con este procedimiento puede evaluarse también, si el valor deseado seleccionado en la práctica en la subestación también sigue siendo adecuado en condiciones de red modificadas o si está presente potencial para la adaptación que va a preferirse. Esta etapa debería llevarse a cabo en primer lugar, antes de emprender en estrategias ampliadas la regulación de corto alcance y la regulación de largo alcance. El procedimiento descrito para la determinación de las posiciones de nivel estacionarias de ERL abre márgenes adicionales en la gestión de alimentación. Con esto, en cuanto al aspecto de la calidad de tensión pueden conectarse más alimentadores descentralizados, sin que tenga que esperarse un refuerzo de intervenciones mediante la gestión de alimentación. Además con ello pueden agotarse potenciales de optimización, antes de que el concepto de regulación de tensión tenga que transformarse mediante procedimiento alternativos de la regulación NBR (regulación combinada) o la regulación WBR.

En un cuarto perfeccionamiento del ejemplo de realización el procedimiento puede adaptarse, para permitir una regulación de tensión de largo alcance.

La regulación de tensión convencional en la red de media tensión se realiza con ayuda del regulador de tensión en el lado de tensión primaria del transformador de subestación en la subestación. En el caso más sencillo, a este respecto el valor deseado de la barra colectora conectada directamente al lado secundario se regula a un valor fijo. El valor deseado puede modificarse a este respecto, la modificación sin embargo se realiza generalmente "manualmente". En este procedimiento se parte de que aparece la tensión más alta en la barra colectora de la subestación, y por consiguiente las tensiones de los nodos de media tensión o baja tensión inferiores con respecto a la tensión nominal respectiva son más bajas. En primer lugar se describen las distintas estrategias de regulación para la tensión en la subestación. La especificación estacionaria de valores nominales se basa en la siguiente heurística: Dependiendo del flujo de potencia reactiva a través del transformador se modifica la tensión secundaria. La diferencia de tensión a través del transformador se compensa a través de la regulación en un valor deseado estacionario. La diferencia de tensión en la red de distribución se equilibra mediante la altura del valor nominal (por ejemplo, 104 % en lugar de 100 %). Este procedimiento ha sido muy útil en el pasado en el caso de carácter de carga óhmico-inductivo. En el flujo de carga bidireccional es donde encuentra sus limitaciones.

Para responder a la problemática del flujo de carga bidireccional, el valor nominal de tensión puede derivarse dinámicamente del flujo de potencia a través del transformador. Esta estrategia de una regulación combinada se aplicó también en el pasado en los casos individuales en redes de consumidores, para reducir, además de la caída de tensión por encima del transformador también la diferencia de tensión en la red. Para ello, en el caso de carga intensa a partir de la cantidad de la potencia transmitida se calcula un desfase, del que puede levantarse el valor deseado. Este procedimiento se ha ampliado para considerar la subida de tensión en el sentido de que ahora también la dirección efectiva se procesa como indicio para alimentación intensa. En la retroalimentacion se reducen ahora las tensiones de nodo en las estaciones de tramo mediante bajada dinámica del valor nominal. Este procedimiento se aplica, por ejemplo, en E.ON Bayern. Allí se da preferencia a este procedimiento con respecto a una regulación de largo alcance por motivos de costes, dado que en esta última el gasto de comunicación se ha identificado como la mayor desventaja. Por el contrario, por una regulación denominada de corto alcance se entiende la regulación de una tensión que puede medirse localmente, por consiguiente también la medición de la tensión en la subestación. El valor deseado de la tensión de barra colectora local, a este respecto puede especificarse independientemente del caso operativo de la red o a partir de un tamaño local que varía con el caso operativo.

Estos dos conceptos de la regulación de corto alcance y de la regulación combinada pueden perfeccionarse en el marco de una regulación de largo alcance.

Sin embargo la suposición que toma como case la regulación combinada llega a sus límites, cuando la zona de red que va a suministrarse posee un carácter de cliente final heterogéneo: De este modo, en una zona de media tensión pueden aparecer perfectamente zonas de red con fuerte carácter de consumidor (por ejemplo, zona industrial) como también carácter de alimentación. En función de la altura de la realimentación una regulación combinada puede llevar a una bajada de tensión en la subestación, que entonces puede tener una influencia contraproducente en las tensiones de red en tramos de media tensión dominados por consumidores. Además, la regulación combinada en el mejor de los casos puede provocar un giro tendencial, la infracción de las condiciones de tensión según la norma EN 50160 no puede descartarse a este respecto de manera fiable.

Precisamente en este punto se aplica la regulación de largo alcance (WBR). Como muy tarde en este caso el cálculo del valor nominal debe considerar también una zona de red mayor. En este caso se habla de una regulación de tensión de largo alcance.

De esta regulación de tensión de largo alcance se espera que pueda contribuir al máximo para evitar medidas de ampliación de red. Sin embargo, a este respecto también han surgido críticas: En particular la garantía de la asociación de puntos de medición a los reguladores de tensión centrales se menciona como punto débil, dado que esta puede modificarse debido a acciones de conexión en la red de media tensión. Seguidamente se menciona la problemática de la selección de los puntos de selección. Por ejemplo, anteriormente con ayuda de mediciones las bandas de tensión se monitorizan en puntos de nodo de red seleccionados y el valor deseado del transformador de subestación se modifica, hasta que se cumple con los límites. La selección de los puntos de medición se realiza en el marco de mediciones de campo. Solo cuando las actividades de la regulación de tensión en la subestación chocan con sus límites, deben realizarse etapas adicionales como regulación de potencia reactiva o gestión de alimentación.

Los procedimientos de la regulación combinada y de la regulación de largo alcance pertenecen al grupo de las regulaciones de tensión dinámicas, dado que en este caso la posición de conmutador de niveles puede variar dependiendo del estado de red. Esto significa ahora que en lugar de la regulación de tensión estacionara la posición de nivel en la subestación se modifica en función del caso de carga.

Ahora en el modelo están liberadas todas las variables de regulación y se producen en el resultado de la simulación:

- dado el caso diferentes posiciones de regulación del conmutador de nivel en la subestación para diferentes casos operativos

- optimizados, pero para los diferentes casos operativos posiciones de nivel idénticas para los equipos regulables existentes en la red de energía.

Ahora debe partirse del hecho de que no son necesarios equipos dinámicos de regulación de red o equipos regulables adicionales.

Por consiguiente, con ayuda de las dos posiciones extremas del conmutador de niveles en la subestación pueden cubrirse todos los casos operativos en la red, siempre y cuando los tramos de red presenten una estructura homogénea. Si no es este el caso, entonces deben llevarse a cabo mediciones de control.

Se propone ahora el siguiente modo de proceder:

1. Estimación (averiguación de los flujos de carga extrema)

2. Averiguación de la posición de nivelador óptima en los equipos regulables, por ejemplo, la ERL.

3. Ajuste de las posiciones de nivel ahora fijas de la etapa 2.

4. nueva estimación**

5. Averiguación de las posiciones de nivelador óptimas en la subestación o transformador de subestación.

** La etapa (4) no es absolutamente necesaria. No obstante, con esto se mejora la exactitud de cómputo del cálculo de tensión y el planteamiento podría utilizarse también en el marco de un algoritmo de regulación online. De las posiciones extremas averiguadas de este modo para los conmutadores de nivel en la subestación puede averiguarse ahora la curva característica de regulación 150 de acuerdo con la figura 15 rj=f (itransformador), averiguando la optimización, por ejemplo, un valor de ajuste de 2 en caso de una realimentación en la altura de 20 % de la corriente de transformador. En el caso de carga máxima de 50 % para el escenario de carga máxima resultaría una posición de regulación de -3. Entonces, directamente del diagrama puede averiguarse la característica de regulación combinada más sencilla. Con ello, naturalmente, el argumento de que n el caso de estructura de cliente heterogénea en la red mediante la combinación puede aparecer a pesar de ello una infracción de valor limite, no puede invalidarse. En este caso el concepto el concepto de la regulación de red dinámica puede ampliarse a una regulación de largo alcance con una monitorización de tensión. La estrategia para la regulación de tensión de largo alcance resulta casi obligatoriamente de la problemática más general, cuando solo se libera la posición de regulación del regulador de tensión de la subestación y, tal como se describió anteriormente, las posiciones de la ERL se fijan en el valor estacionario optimizado. Si para el caso operativo contemplado hay más de una solución, de este modo con ayuda del método de penalización descrito en el tercer perfeccionamiento del ejemplo de realización puede controlarse la solución en la dirección de un pasillo de tensión predeterminado. Las variables de regulación para los RONT o reguladores de red en este problema tienen la función de penalizar las infracciones de banda de tensión: Si solo con el ajuste del conmutador de nivel en la subestación las bandas de tensión no se cumplen, entonces la función objetivo no es igual a cero y deben tomarse medidas de gestión de alimentación. El número de las variables de optimización binaria necesarias se reduce ahora notablemente, dado que para la ERL las relaciones de transmisión son ahora fijas y solo han de averiguarse las variables para los elementos de regulación de red dinámicos.

Con ayuda de las variables de regulación obtenidas de este modo puede formularse ahora la función objetivo de acuerdo con la ecuación 65 y 66.

La función objetivo adopta ahora el carácter de una función de penalización: En este sentido si el término de inversión no es igual a cero (las dos primeras sumas), entonces el objetivo de regulación no puede llevarse a cabo solo con el regulador de tensión en la subestación, y deben tomarse medidas adicionales como la regulación de potencia reactiva o la gestión de alimentación. Como alternativa a esto pueden penalizarse naturalmente los valores de tensión de nodo directamente al abandonar la banda de tensión permitida: Entonces también las variables de decisión para los transformadores RONT y los reguladores de red se omiten. Resulta entonces la formulación de problemas de acuerdo con las ecuaciones 67-69. Los factores de ponderación Cj pueden seleccionarse de manera unitaria, pero a este respecto deberían ser tan grandes que no se realice ninguna alteración del término de control de tensión £¡¡p¡.

La exactitud de este resultado puede mejorarse, al corregirse los errores de linealización de acuerdo con el primer perfeccionamiento del ejemplo de realización.

Las siguientes cuatro páginas muestran todas las ecuaciones, a las que se hace referencia en esta solicitud.

Para la variante de reguladores de red resulta:

5

Ċ

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para el reequipamiento de una red de energía eléctrica (1,61,81,82,83,84,85) existente con equipos regulables adicionales para la transmisión de energía,

- en el que se facilita un modelo (52) de la red de energía, que considera una distribución de tensión dentro de la red de energía mediante un sistema de ecuación y/o sistema de inecuación dependiendo del número y posición de equipos regulables adicionales, así como de posiciones de regulación de todos los equipos regulables, y - en el que mediante el modelo (52) se lleva a cabo una simulación para minimizar una función objetivo, considerando la función objetivo gastos de reequipamiento y/o pérdidas de energía mediante los equipos regulables adicionales, y

- en el que como resultado (60) de la simulación se indican el número y posición de equipos regulables adicionalmente necesarios, así como las posiciones de regulación de todos los equipos regulables, para que la red de energía (1,61,81,82,83,84,85) durante el funcionamiento cumpla con una banda de tensión predeterminada, caracterizado por que la función objetivo se minimiza mediante una

optimización combinada en números enteros,

simulándose para el cumplimiento de la banda de tensión predeterminada un funcionamiento de la red de energía

a) con carga máxima y potencia de alimentación mínima, y

b) con carga mínima y potencia de alimentación máxima.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el resultado (60) se emplea para reequipar en la posición indicada en la red de energía los equipos regulables necesarios adicionalmente.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que como equipos regulables se emplean un transformador de subestación (2, 64) con tensión de salida regulable y/o transformadores de red local de regulación gradual y/o transformadores de red local de regulación continua y/o reguladores de red.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la banda de tensión predeterminada asciende a /- 10 % de una tensión nominal de la red de energía.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que como optimización combinada en números enteros se emplea un procedimiento de ramificación y acotamiento.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que como resultado para cada equipo regulable adicional se indica un tipo específico del equipo de un fabricante específico.

7. Disposición de procesamiento de datos (50) para el reequipamiento de red de energía eléctrica existente con equipos regulables adicionales para la transmisión de energía,

- con un equipo de modelos, que está diseñado para facilitar un modelo de la red de energía, que tiene en cuenta una distribución de tensión dentro de la red de energía mediante un sistema de ecuación y/o sistema de inecuación dependiendo del número y posición de equipos regulables adicionales necesarios, así como de posiciones de regulación de todos los equipos regulables, y

- con un equipo de simulación, que está diseñado para llevar a cabo mediante el modelo una simulación para minimizar una función objetivo, considerando la función objetivo gastos de reequipamiento y/o pérdidas de energía mediante los equipos regulables adicionales,

- indicándose como resultado de la simulación el número y posición de equipos regulables adicionalmente necesarios, así como las posiciones de regulación de todos los equipos regulables, para que la red de energía durante el funcionamiento cumpla con una banda de tensión predeterminada, caracterizado por que

el equipo de simulación está configurado para minimizar la función objetivo mediante una optimización combinada en números enteros, y para el cumplimiento de la banda de tensión predeterminada simular un funcionamiento de la red de energía

a) con carga máxima y potencia de alimentación mínima, y

b) con carga mínima y potencia de alimentación máxima.

8. Disposición de procesamiento de datos según la reivindicación 7, caracterizada por que la disposición de procesamiento de datos está diseñada de modo que el resultado puede emplearse para reequipar en la posición indicada en la red de energía los equipos regulables necesarios adicionalmente.

9. Disposición de procesamiento de datos según la reivindicación 8, caracterizada por que los equipos regulables comprenden un transformador de subestación (2,64) con tensión de salida regulable y/o transformadores de red local de regulación gradual y/o transformadores de red local de regulación continua y/o reguladores de red.

10. Disposición de procesamiento de datos según la reivindicación 8 o 9, caracterizada por que la banda de tensión predeterminada asciende a /- 10 % de una tensión nominal de la red de energía.

11. Disposición de procesamiento de datos según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada por que el equipo de simulación está equipado para indicar como resultado adicionalmente para cada equipo regulable un tipo específico del equipo de un fabricante específico.

12. Producto de programa informático, que está almacenado en un medio legible por ordenador y comprende medios de programa legibles por ordenador, mediante los cuales un ordenador como disposición de procesamiento de datos y/o una disposición de procesamiento de datos basada en servidores lleven a realizar un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, cuando los medos de programa se ejecutan en el ordenador y/o en la disposición de procesamiento de datos basada en servidores.