Modelo del Sistema Eléctrico Nacional (Venezuela, año 2012)

En esta página se presenta un modelo del sistema eléctrico nacional (SEN) de Venezuela actualizado hasta el año 2012. El modelo de base corresponde a una versión actualizada hasta el año 2010, a la cual se han agregado las modificaciones del sistema eléctrico ejecutadas hasta el año 2012. El modelo que se presenta acá puede ser ejecutado utilizando Matlab ó Octave, así como la herramienta PSAT desarrollada por el Profesor Federico Milano de la Universidad de Castilla-La Mancha. Se entregan dos modelos de base. El primero permite simular un flujo de carga del SEN. El segundo permite lanzar una simulación de estabilidad dinámica de varios generadores del SEN.

El modelo se puede descargar aqui: https://github.com/davidusb-geek/Modelo_SEN_PSAT

Introducción

El análisis clásico de planificación de sistemas de potencia requiere de una revisión importante ante los nuevos desafíos como la inserción a gran escala de las Energías Alternativas Renovables (EAR), las redes inteligentes, los vehículos eléctricos, entre otros. Ante el inminente aumento interanual de la demanda eléctrica y el incremento de nuestro parque actual de generación, se hace necesaria la adecuación del sistema de transmisión y sub-transmisión de energía eléctrica.

Una de las características principales en algunas de las tecnologías de EAR más desarrolladas (eólica y fotovoltaica), es la intermitencia de la energía. La inserción a gran escala de generación distribuida utilizando este tipo de tecnología, representa un desafío para los planificadores del sistema eléctrico. Se requieren esfuerzos para la elaboración de modelos que representen eficazmente estas fuentes de energía. En este trabajo se ha realizado una primera aproximación a la modelización de los nuevos grandes desarrollos en EAR en nuestro país y al análisis de adecuación del SEN, específicamente para el caso de la eólica a gran escala. Otra característica fundamental que facilitará la inserción de las EAR en la red, es la flexibilidad de las fuentes. Esta flexibilidad puede alcanzarse utilizando tres recursos básicos: balanceando adecuadamente el portafolio de generación disponible, con un control de carga eficaz y, finalmente, con la instalación de elementos de almacenamiento de energía. La procura de estos tres recursos requiere de esfuerzos de planificación importantes. En la mayoría de los casos se requiere incluso de desarrollo e investigación en nuevas tecnologías, siendo el almacenamiento de energía un ejemplo preciso de esto.

Esta sección se divide en dos subsecciones. En una primera parte, se presenta un breve análisis de proyección de demanda futura, además de las premisas para la elaboración del modelo computacional del SEN. En una segunda parte se presentan el modelo propiamente dicho (descargable), con el diagrama unifilar asociado.

En la siguiente sección se describe brevemente las consideraciones tomadas en cuenta para la estimación de demanda a corto (año 2012) y mediano plazo año 2019).

Estimación de demanda eléctrica

Para la construcción de escenarios de estudio a corto y mediano plazo, se hace necesario un estudio de estimación de demanda eléctrica. Este estudio permitirá posteriormente evaluar las necesidades de expansión del parque de generación, además de servir como datos de entrada al modelo computacional del SEN.

Las premisas consideradas para la estimación futura de la demanda eléctrica se listan a continuación.

• Se toman en cuenta premisas similares a las consideradas en el PDSEN 2005 [MEP, 2005].
• Se consideran dos escenarios de aumento de la demanda, los escenarios bajo y alto con aumentos de 3,4% y 4,8% interanual respectivamente.
• Los datos actualizados de registro de demanda eléctrica y de capacidad instalada disponible, se toman del Anuario Estadístico del MPPEE [MPPEE, 2010].
• Se considera un 30% de holgura en capacidad instalada necesaria en generación.
• Se estima una capacidad de carga de 60% para generadores hidroeléctricos y de 70% para generadores térmicos.
• Se considera la instalación de un total de 4420MW en el período 2010-2102. De ese total, 500MW sin hidroeléctricos y 3920MW son térmicos. La distribución geográfica es la siguiente: Barinas 500MW, Carabobo 400MW, Guárico 150MW, Miranda 720MW, Anzoátegui 600MW, Sucre 690MW, Nueva Esparta 250MW y Zulia 1110MW.
• Los cálculos de capacidad instalada en el período 2010-2012, incluyen 2000MW y 500MW correspondientes a las centrales Tocoma y Fabricio Ojeda respectivamente.
• El mediano plazo para el estudio, se fija al año 2019, lo que coincide con la culminación del período 2013-2019.
• Se considera una disponibilidad de gas para crecimiento de generación eléctrica sostenible a partir de 2017.

Según estas premisas, se obtienen las evoluciones de demanda eléctrica y de capacidad instalada necesaria, mostradas en las Figuras 1 y 2 respectivamente.

Figura 1: Pronóstico de consumo eléctrico en Venezuela.

Figura 2: Pronóstico de capacidad de generación requerida.

Si dividimos esa capacidad instalada necesaria según el tipo de fuente primaria, se obtiene la distribución mostrada en la Figura 3.

Según esta previsión pasaríamos a una matriz energética con la siguiente composición: hidráulica 41%, térmica 51,8%, otras alternativas 7,27%. La composición de ese 7,27% adicional podría estar representado según la distribución mostrada en la Figura 4.

Según estas estimaciones, para el año horizonte del estudio a mediano plazo (2019), la capacidad instalada será de 43740MW, de los cuales 17122MW son hidráulicos y 21636MW son térmicos. Asumiendo un factor de carga generalizado del 75%, entonces se tienen en total 33845MW disponibles.

Figura 3: Distribución de la capacidad instalada por tipo de fuente.

Figura 4: Distribución de la capacidad instalada adicional por tipo de fuente.

El sistema en 2010 tenía 18496,9MW. Si se instalaron 4420MW en 2012, para el 2019 se deben instalar entonces 14482MW nuevos, de los cuales 2000MW son hidráulicos (Tocoma), 7500MW son térmicos y 4982MW corresponderían a otras fuentes. De estas otras fuentes 1180MW son eólicos.

Modelo del Sistema Eléctrico Nacional (SEN-Venezuela)

Se ha desarrollado un modelo del sistema eléctrico nacional (SEN) como herramienta operacional de planificación. Esta herramienta permitirá elaborar estudios y análisis preliminares sobre el aporte de las energías renovables al SEN. El modelo desarrollado permite en una primera versión el cálculo de flujos de carga y el análisis de estabilidad. Es decir, el modelo integra a la vez los componentes estáticos y dinámicos de la red.

El modelo del SEN, fue elaborado utilizando la herramienta conocida como PSAT [Milano, 2005], herramienta desarrollada por el Profesor Federico Milano de la Universidad de Castilla-La Mancha. Este programa permite la elaboración de estudios conceptuales de sistemas eléctricos de potencia y se puede desplegar utilizando dos opciones: Matlab-Simulink (software privado bajo licencia paga) o GNU Octave (licencia de software libre GNU).

El modelo considera niveles de tensión de transmisión y subtransmisión, desde 765kV hasta 115kV. Sin embargo, la representación del sistema en 115kV se ha limitado a solo una parte del sistema eléctrico de la región oriental y a la región de Los Andes de Venezuela.

Las cargas y los generadores equivalentes se conectan directamente a las barras de transmisión. Solo se simulan los autotransformadores asociados a la transmisión. No se simulan los transformadores elevadores ni reductores. El modelo incluye las líneas de transmisión, los reactores y capacitores en derivación. Desde el punto de vista dinámico se incluyen los modelos dinámicos de algunas unidades principales de generación, además de los modelos de los dispositivos SVC de compensación reactiva en 765kV.

El diagrama unifilar simplificado del SEN se muestra en la Figura 5.

Para la elaboración del modelo, se han recopilado datos de los informes OPSIS 2005-2008, del Atlas Eléctrico CADAFE 2005, del Anuario Estadístico del MPPEE 2010, así como información de prensa y de la página web del MPPEE y de CORPOELEC.

Figura 5: Diagrama unifilar simplificado para el año 2010.

Descargar y correr el modelo

Hacer click aqui para decargar el modelo. El modelo puede ser utilizado sin ninguna restricción siempre y cuando se hagan las referencias adecuadas. El modelo ha sido probado con PSAT y Matlab 7.11.0 (2010b) y con Octave version 3.6.2 corriendo en Ubuntu en su versión 12.10 (Quantal Quetzal).

Existen dos versiones:

• v2012_PF.mdl: Contiene un modelo que permite correr un flujo de carga bajo el escenario de carga planteado anteriormente para el año 2012.
• v2012_DynStab.mdl: Contiene un modelo que permite correr una simulación de estabilidad dinámica de varios generadores del sistema

El archivo 'CommandLineModeFile' permite lanzar un flujo de carga sin necesidad de abrir la interfaz del programa PSAT. Solo basta con ejecutar el archivo y listo.

Al lanzar la ejecución de este archivo se muestran los siguientes resultados del cálculo de flujo de carga:

Figura 6: Niveles y ángulos de tensión en red de 765kV

Figura 7: Niveles y ángulos de tensión en red de 115kV de la región Los Andes

Utilizando el archivo 'v2012_DynStab.mdl' podemos simular una respuesta dinámica de la red. A continuación se muestran las frecuencias angulares de algunos generadores del sistema ante una falla trifásica en la S/E Yaracuy 765kV (impedancia de falla de 0,001 + j0,001 pu y despeje en 5 ciclos).

Figura 8: Resultados de simulación de estabilidad dinámica

NOTA: Al parecer existe una incompatibilidad al utilizar una version de Matlab más reciente a la 2010b. Al utilizar Matlab 2013b la ejecución del archivo 'CommandLineModeFile' arroja un error debido a una incompatibilidad con las 'simulink-embedded function'.

Todas las curvas, gráficos y los modelos de simulación en esta página son de elaboración propia.