DOI:

https://doi.org/10.14483/23448393.19252

Published:

2022-08-12

Issue:

Vol. 27 No. 3 (2022): September-December

Section:

Electrical and Electronic Engineering

Flujo de potencia en redes de distribución eléctrica trifásicas no equilibradas utilizando Matlab: Teoría, análisis y simulación cuasi-dinámica

Power Flow in Unbalanced Three-Phase Power Distribution Networks Using Matlab: Theory, analysis, and quasi-dynamic simulation

Authors

Keywords:

flujo de carga, método de Newton, algoritmo de barrido iterative, flujo de potencia, simulación cuasi-dinámica (es).

Keywords:

load flow, Newton's method, Backward-forward algorithm, power flow, quasi-dynamic simulation (en).

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Abstract (es)

Contexto: El flujo de potencia es un problema clásico para la operación de redes de distribución de energía. Es un problema desafiante debido a la gran cantidad de nodos, la alta relación $r/x$ típica de las redes de baja tensión y la naturaleza desequilibrada de la carga.

Métodos: Este documento revisa cuatro métodos para el análisis de flujo de potencia, a saber: el método de Newton convencional, el método de Newton en un dominio complejo, el algoritmo de punto fijo que utiliza la representación de admitancia nodal ($Y_\text{bus$) y el algoritmo de barrido hacia atrás y hacia adelante. Se presenta la convergencia de estos métodos en teoría y práctica. Es bien sabido que el método de Newton tiene convergencia cuadrática, mientras que el algoritmo de barrido hacia atrás y adelante tiene convergencia lineal. Sin embargo, el análisis formal de esta tasa de convergencia es menos conocido en la literatura de ingeniería.

Resultados: se desarrolla una caja de herramientas de Matlab para realizar simulaciones numéricas tanto en el caso estático como en una simulación cuasi-dinámica usando el sistema de pruebe IEEE de 900 nodos. 

Conclusiones: Los algoritmos de punto fijo resultaron más rápidos.  No obstante, los algoritmos basados en Newton requirieron menor número de iteraciones.

Abstract (en)

Context: The power flow is a classical problem for analyzing and operating power distribution networks. It is a challenging problem due to a large number of nodes, the high $r/x$ ratio -typical in low voltage networks- and the unbalanced nature of the load.

Method: This paper review four methods for power flow analysis, namely: the conventional Newton's method, Newton's method in a complex domain, the fixed-point algorithm using $Y_\text{bus}$ representation, and the backward-forward sweep algorithm. It is well-known that Newton's method has quadratic convergence, whereas the backward-forward sweep algorithm has linear convergence. However, the formal analysis of this convergence rate is less known in the engineering literature. Thus, the convergence of these methods is presented in theory and practice.

Results: A set of simulations in the IEEE 900 node test system is presented. This system is large enough to demonstrate the performance of each algorithm. In addition, a Matlab toolbox is presented for making numerical simulations both for the static case and for quasi-dynamic simulations.

Conclusions: Fixed point algorithms were faster than Newton's methods. However, the latter required less number of iterations.

Author Biography

Alejandro Garcés-Ruiz, Universidad Tecnologica de Pereira

Ingeniero Electricista Universidad Tecnologica de Pereira. Magister en Ingenieria Universidad Tecnologica de Pereira. Doctor en Ingenieria Electronica norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (Noruega).  Profesor Asociado universidad Tecnologica de Pereira.  Pereira, Colombia.

 

References

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How to Cite

APA

Garcés-Ruiz, A. (2022). Flujo de potencia en redes de distribución eléctrica trifásicas no equilibradas utilizando Matlab: Teoría, análisis y simulación cuasi-dinámica. Ingeniería, 27(3), e19252. https://doi.org/10.14483/23448393.19252

ACM

[1]
Garcés-Ruiz, A. 2022. Flujo de potencia en redes de distribución eléctrica trifásicas no equilibradas utilizando Matlab: Teoría, análisis y simulación cuasi-dinámica. Ingeniería. 27, 3 (Aug. 2022), e19252. DOI:https://doi.org/10.14483/23448393.19252.

ACS

(1)
Garcés-Ruiz, A. Flujo de potencia en redes de distribución eléctrica trifásicas no equilibradas utilizando Matlab: Teoría, análisis y simulación cuasi-dinámica. Ing. 2022, 27, e19252.

ABNT

GARCÉS-RUIZ, A. Flujo de potencia en redes de distribución eléctrica trifásicas no equilibradas utilizando Matlab: Teoría, análisis y simulación cuasi-dinámica. Ingeniería, [S. l.], v. 27, n. 3, p. e19252, 2022. DOI: 10.14483/23448393.19252. Disponível em: https://revistas.udistrital.edu.co/index.php/reving/article/view/19252. Acesso em: 26 sep. 2022.

Chicago

Garcés-Ruiz, Alejandro. 2022. “Flujo de potencia en redes de distribución eléctrica trifásicas no equilibradas utilizando Matlab: Teoría, análisis y simulación cuasi-dinámica”. Ingeniería 27 (3):e19252. https://doi.org/10.14483/23448393.19252.

Harvard

Garcés-Ruiz, A. (2022) “Flujo de potencia en redes de distribución eléctrica trifásicas no equilibradas utilizando Matlab: Teoría, análisis y simulación cuasi-dinámica”, Ingeniería, 27(3), p. e19252. doi: 10.14483/23448393.19252.

IEEE

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A. Garcés-Ruiz, “Flujo de potencia en redes de distribución eléctrica trifásicas no equilibradas utilizando Matlab: Teoría, análisis y simulación cuasi-dinámica”, Ing., vol. 27, no. 3, p. e19252, Aug. 2022.

MLA

Garcés-Ruiz, A. “Flujo de potencia en redes de distribución eléctrica trifásicas no equilibradas utilizando Matlab: Teoría, análisis y simulación cuasi-dinámica”. Ingeniería, vol. 27, no. 3, Aug. 2022, p. e19252, doi:10.14483/23448393.19252.

Turabian

Garcés-Ruiz, Alejandro. “Flujo de potencia en redes de distribución eléctrica trifásicas no equilibradas utilizando Matlab: Teoría, análisis y simulación cuasi-dinámica”. Ingeniería 27, no. 3 (August 12, 2022): e19252. Accessed September 26, 2022. https://revistas.udistrital.edu.co/index.php/reving/article/view/19252.

Vancouver

1.
Garcés-Ruiz A. Flujo de potencia en redes de distribución eléctrica trifásicas no equilibradas utilizando Matlab: Teoría, análisis y simulación cuasi-dinámica. Ing. [Internet]. 2022Aug.12 [cited 2022Sep.26];27(3):e19252. Available from: https://revistas.udistrital.edu.co/index.php/reving/article/view/19252

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