La evolución de los sistemas de energía tradicionales y la creciente necesidad de energía renovable han llevado a la integración de recursos energía éticos distribuidos (DER), como la energía solar y eólica, dentro de las redes de distribución. De esta forma, las redes de distribución actuales están sufriendo una transformación hacia redes de distribución activas (ADN - Active Distributión Networks). La operación, control y protección de estas redes de distribución activas han generado nuevos retos que deben ser abordados. Desde el punto de vista de las protecciones, la creación de flujos bidireccionales en la red, los cambios en la magnitud de la corriente de falla debido a la conexión/desconexión de las DER y la intermitencia del recurso primario, han generado la necesidad de nuevas estrategias de protección, especialmente aquellas soluciones que integran las protecciones de sobrecorriente que ya están disponibles en el sistema actual, lo que es crucial para evitar danos en la red. Para garantizar la calidad y confiabilidad del suministro eléctrico, las compañías de energía eléctrica están desarrollando nuevas estrategias protección y están adaptando las redes de distribución para abordar estos nuevos retos. Teniendo en cuenta lo descrito anteriormente, en este documento, se presenta un análisis de comparativo de dos estrategias de protección de microrredes basadas en relés de sobrecorriente, los cuales son los dispositivos de protección más utilizados en las redes de distribución debido a su bajo ´costo. En este sentido, se deben considerar nuevos enfoques de protección que garanticen la adecuada coordinación y funcionamiento de las protecciones. Dentro de las estrategias de protección analizadas e implementadas están, una estrategia de protección adaptiva que se basa en el uso corrientes de secuencia adaptativa superimpuestas, mientras que la segunda estrategia utiliza un esquema sin comunicación basado en una característica de relés de disparo hibrido. Cada estrategia es implementada y analizada en detalle separadamente. Luego, se realiza un análisis comparativo que permite evaluar las principales diferencias y similitudes entre las mismas, además de identificar ´las posibles brechas por cubrir en la implementación de estrategias de protección.PregradoIngeniero(a) ElectricistaTabla de contenido 1 Introduccion´ 9 1.1 Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2 Justificacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 10 1.3 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.1 Objetivo general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.2 Objetivos espec´ıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.4 Estado del arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.5 Estructura del documento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2 Aspectos teoricos 14 ´ 2.1 Rel´es de sobrecorriente de relacion inversa tiempo-corriente . . . . . . . . . . . . . . ´ 14 2.1.1 TDS: Time Dial Setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.1.2 Corriente de arranque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.2 Coordinacion de rel ´ ´es de sobrecorriente en redes de distribucion . . . . . . . . . . . ´ 17 2.3 Transformada de Fourier de corta duracion (STFT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 18 2.4 Redes de secuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.5 Componentes superimpuestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.6 Softwares de simulacion utilizados: ATP/EMTP, Python y GAMS . . . . . . . . . . . . ´ 19 3 Estrategias de proteccion de microrredes propuestas 21 ´ 3.1 Estrategia N° 1: Estrategia de proteccion de microrredes basada en corrientes de ´ secuencia adaptativa superimpuestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1.1 Etapa 1: Identificar modo de operacion de la microrred. . . . . . . . . . . . . ´ 22 3.1.2 Etapa 2: Adquirir senal de corriente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ˜ 22 3.1.3 Etapa 3: Deteccion de falla y estimaci ´ on de los fasores de las se ´ nales. . . . . . ˜ 22 3.1.4 Etapa 4: Calculo de valores de corriente pre-falla, falla y sus componentes de ´ secuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.1.5 Etapa 5: Calculo de las corrientes superimpuestas de secuencia negativa y ´ positiva (∆I2F y ∆I1F ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.1.6 Etapa 6: Calculo factor de impacto ( ´ ∆IF ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.1.7 Etapa 7: Calculo de la corriente de falla adaptiva del rel ´ ´e. . . . . . . . . . . . 25 3.1.8 Etapa 8: Calculo de la direccionalidad de la falla . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 26 3.1.9 Etapa 9: Actualizacion del TMS y c ´ alculo del tiempo de operaci ´ on ( ´ t) del rel´e. 26 3.2 Estrategia N° 2: Esquema de proteccion sin comunicaci ´ on para microrredes de corri- ´ ente alterna (AC) que utilizan una caracter´ıstica de disparo h´ıbrido . . . . . . . . . . 28 3.2.1 Etapa 1: Analisis del modelo matem ´ atico propuesto. . . . . . . . . . . . . . . ´ 28 3.2.2 Etapa 2: Generacion de la base de datos para coordinaci ´ on. . . . . . . . . . . ´ 34 5 TABLA DE CONTENIDO 3.2.3 Etapa 3: Seleccion de la corriente de arranque ( ´ Ip) y tension de arranque ( ´ Vs). 34 3.2.4 Etapa 4: Implementacion del modelo matem ´ atico en GAMS usando la base ´ de datos para la coordinacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 34 3.2.5 Etapa 5: Implementacion de la coordinaci ´ on obtenida en campo y l ´ ogica de ´ disparo del esquema de proteccion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 35 4 Resultados y analisis comparativo 37 ´ 4.1 Esquema de microrred de prueba escogida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.2 Casos de estudio y modos de operacion analizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 38 4.3 Resultados obtenidos con estrategia N° 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.3.1 Analisis del comportamiento del TMS de los rel ´ ´es. . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.3.2 Analisis del comportamiento de la corriente de falla adaptiva ( ´ | IF |) calcu lada para cada rel´e. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.3.3 Analisis del comportamiento del ´ angulo ( ´ ∆ϕ) para la identificacion de la di- ´ reccionalidad de la falla vista por el rel´e. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.3.4 Analisis del comportamiento del intervalo de tiempo de coordinaci ´ on (CTI). . ´ 42 4.4 Resultados obtenidos con estrategia N° 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.4.1 Analisis de la base de datos para coordinaci ´ on obtenidos de la simulaci ´ on en ´ ATP/EMTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 4.4.2 Eleccion de la corriente de arranque y la tensi ´ on de arranque . . . . . . . . . ´ 48 4.4.3 Resultados del calculo de f(MI , MV )L y f(MI , MV )R a partir del multiplo de ´ la corriente de arranque (MI ) y del multiplo de la tensi ´ on de arranque ( ´ MV ) 48 4.4.4 Resultados optimos de los TMS obtenidos del modelo matem ´ atico del prob- ´ lema de coordinacion implementado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 50 4.4.5 Analisis de los tiempos de operaci ´ on principales y de respaldo obtenidos para ´ cada rel´e y de los CTI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.5 Analisis comparativo entre las estrategias implementadas . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 51 4.5.1 Analisis comparativo entre los diferentes modos de operaci ´ on de la microrred ´ para cada estrategia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.5.2 Analisis comparativo de la selecci ´ on de la corriente de arranque y tensi ´ on de ´ arranque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.5.3 Analisis comparativo de la identificaci ´ on de la direccionalidad de la falla . . . ´ 54 4.5.4 Analisis comparativo de los TMS obtenidos en cada una de las estrategias . . ´ 54 4.5.5 Analisis comparativo de los tiempos de operaci ´ on principales y de respaldo ´ para cada rel´e y de los CTI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 5 Conclusiones 56 5.1 Conclusiones sobre la estrategia N° 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 5.2 Conclusiones sobre la estrategia N° 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 5.3 Conclusiones del analisis comparativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ 57 5.4 Conclusiones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Apendices 58