Metodologías para el análisis paramétrico del comportamiento de redes de distribución con diferentes tipologías de conexión de neutro utilizando PSCAD y Python

Abstract

RESUMEN: El presente proyecto de investigación tiene como objetivo principal el desarrollo de un conjunto de metodologías y scripts en el lenguaje Python que permitan al usuario la automatización y configuración de simulaciones desde el simulador de sistemas de potencia PSCAD v5. Las simulaciones están orientadas a los sistemas de distribución de neutro. El escenario de simulación estará formado principalmente por una red de media tensión de 20 kV, topología radial y configuración mixta, formada por tramos aéreos y subterráneos. En el Capítulo §1 se tratan cuestiones básicas e introductorias sobre los sistemas de neutro y se analizará la documentación revisada, principalmente de carácter normativo y técnico. A continuación, en el Capítulo §2 se describen los diferentes sistemas de puesta a tierra cuantitativa y cualitativamente detallando la formulación asociada a cada sistema en términos de sobretensiones y cortocircuitos. Posteriormente, en el Capítulo §3, se analiza la tipología de la red de estudio detallando las características principales del transformador de potencia, del generador que simula la red de potencia infinita y, por último, y más en detalle, las características físicas de los conductores /cables que forman la red mixta. En el Capítulo §4 se describe el modelo teórico para la obtención de las matrices de impedancias y de admitancias que posteriormente se utilizarán para describir los circuitos equivalentes en pi acoplados de las líneas. Se analizará mediante las diferentes aproximaciones analíticas y numéricas la influencia del plano de retorno por tierra en la matriz de impedancias. A continuación, se desarrollarán diferentes rutinas que permiten ejecutar proyectos de PSCAD desde scripts en Python a partir de la librería MHI PSCAD Automation Library. Finalmente, en el Capítulo §5, se analizan cinco casos de aplicación en los que las simulaciones paramétricas permiten automatizar la obtención de los parámetros R, X, B de los conductores/cables (tanto en secuencia directa como homopolar) y comparar los diferentes sistemas de neutro en términos de intensidad capacitiva, sobretensiones e intensidades de cortocircuito en función del tipo de conductor/cable, resistividad del terreno, longitud de los tramos aéreos y subterráneos.

ABSTRACT: The main objective of this research project is to develop a set of methodologies and scripts in Python language that allow the user to automate and configure simulations from the PSCAD v5 power system simulator. The simulations are oriented to neutral distribution systems. The simulation scenario will consist mainly of a 20 kV medium voltage network, radial topology and mixed configuration, made up of overhead and underground sections. Chapter §1 deals with basic and introductory questions about neutral systems and analyses the revised documentation, primarily normative and technical. Then, chapter §2 will describe quantitatively and qualitatively the different grounding systems, detailing the formulation related to each system in terms of overvoltages and short circuits. Subsequently, we will analyze in chapter §3 the typology of the study network detailing the main characteristics of the power transformer, the generator that simulates the infinite power network and moreover in greater detail the physical characteristics of the conductors / cables that make up the mixed network. Chapter §4 describes the theoretical model to obtain the impedance and admittance matrices that will later be used to describe the equivalent pi-coupled circuits of the lines. The influence of the ground return plane on the impedance matrix will be analyzed by means of the different analytical and numerical approaches. Then, we will develop different routines that will allow us to execute PSCAD projects from Python scripts via the MHI PSCAD Automation Library. Finally, in chapter §5 we will carry out five application cases in which the parametric simulations will allow to automatize the obtaining of the R, X, B parameters of the conductors / cables (both in direct and cero sequence), as well as to compare the different neutral systems in terms of charging current, overvoltages and short-circuit currents according to the type of conductor, ground resistivity, length of the overhead and underground sections.