Análisis de estabilidad transitoria basado en teoría de redes complejas y el fenómeno de percolación

Abstract

Esta tesis propone una metodología para el análisis de estabilidad transitoria de un sistema de potencia basada en la teoría de percolación. Inicialmente, se modela la red eléctrica como una red compleja y se analiza según algunas medidas de centralidad, en cinco sistemas de prueba propuestos. A partir de la ecuación de movimiento se prueba que la estabilidad del sistema depende de sus condiciones iniciales y las propiedades topológicas de la red; el análisis se fundamenta en herramientas provistas por la teoría de redes complejas y el concepto de percolación para identificar nodos vulnerables ante una perturbación electromecánica, con el fin de encontrar el nodo óptimo para instalar controladores que ayuden a prevenir la expansión de la falta de sincronismo. Posteriormente, a través de un análisis de la construcción del término de admitancia utilizado en la ecuación de movimiento, se propone una posible relación entre el índice de intermediación de un nodo y el tiempo de propagación de una perturbación electromecánica generada por una falla en dicho nodo, la cual se prueba haciendo uso de métodos estadísticos. Finalmente, para mejorar la confiabilidad de la red, se usa la teoría de percolación para proponer esquemas de Protección de Área Amplia, que a través de la desconexión estratégica de nodos o líneas, evitan la propagación de perturbaciones

Abstract: This thesis proposes a methodology for the stability assessment of a power grid based on percolation theory. First, a model of the power system as a complex network is developed and analyzed based on centrality measures of five proposed test cases. Using the swing equation, it is proved that the rotor angle stability depends on the initial conditions and the topological properties of the network. Tools provided by complex network and percolation theory are used to identify the most vulnerable buses for an electromechanic disturbance in order to install controllers to prevent the spread of lack of synchronism through the grid. Subsequently, through an analysis of the construction of the admittance term used in the swing equation, a possible relationship between the betweenness centrality index of a node and the propagation time of an electromechanical disturbance generated by a fault in that node is proposed, which is tested using statistical methods. Finally, in order to improve the reliability of the network, percolation theory is used to propose protection schemes for Wide Area Protection System, avoiding the propagation of disturbances through the strategic disconnection of buses or lines.