Estimation of voltage sags patterns with k-means algorithm and clustering of fault zones in high and medium voltage grids

Estimación de patrones de hundimientos en tensión con el algoritmo k-means y agrupación de zonas de falla en redes de alta y media tensión

En  este  artículo  se  propone  el  uso  del  algoritmo K-meanspara identificar patrones de hundimientos en tensión y agrupar zonas de falla con impacto similar en redes de alta y media tensión. La metodología propuesta comprende tres etapas. Primero, se realiza un modelo de la red de  transmisión  y  distribución  y  se  simula  un  barrido  de  todo  tipo  de fallas,  obteniendo  información  sobre  los  hundimientos  en  tensión.  En segundo lugar, se identifican patrones de hundimientos en tensión usando el algoritmo k-means y se determinan diferentes zonas de falla para cada uno  de  los  patrones.  Finalmente,  se  usan  los  patrones  encontrados  para clasificar  información  real  de  hundimientos  en  tensión  registrados  en Bogotá y se establecen las zonas de falla para grupos de hundimientos en tensión

INTRODUCCIÓN

La evaluación de la calidad de la energía (PQ) es realmente importante para las empresas de servicios públicos y los usuarios para identificar algunas áreas críticas en sus sistemas y aplicar acciones correctivas para mejorar las condiciones de PQ (Bollen,2003). La identificación de las perturbaciones transitorias, como las caídas y las subidas de tensión, requiere una medición continua de la calidad de la energía y técnicas de análisis de una gran cantidad de información. De acuerdo con lo anterior, se proponen algunas metodologías para la detección y clasificación de perturbaciones en (Biswal et al, 2009; Mokhlis et al, 2009; Romero et al, 2010).

Por otro lado, la medición y evaluación de la calidad de la energía ha tomado relevancia desde la publicación de la Resolución 024 de la CREG en 2005 en Colombia (CREG 024, 2005). La resolución exige la realización de mediciones de calidad de la energía en barras con niveles de tensión superiores a 1kV. En la ciudad de Bogotá se instalaron 290 equipos de medición de calidad de la energía en las barras mencionadas del sistema de distribución, los cuales registran perturbaciones como caídas de tensión, oleadas, desbalance y flicker, entre otras según la norma IEC 61000-4-30 (IEC 61000-4-30, 2009). Esa información es enviada a un centro de control, procesada y posteriormente reportada a la entidad reguladora CREG (PAAS-UN, 2009). Esta institución establecerá los límites de las caídas de tensión a partir de estos informes en un futuro próximo. Los operadores de red están interesados en evaluar los huecos de tensión para determinar su causa, con el fin de explorar soluciones adecuadas y establecer responsabilidades entre los clientes y los operadores de red (Cajamarca et al, 2006).

De acuerdo con lo anterior, este trabajo propone una metodología que consta de cuatro etapas:

1. Modelación de la red. Se modela el sistema de distribución de la red en 115kV y 220kV de todo el sistema colombiano utilizando componentes simétricos. Este modelo se realiza con el fin de simular todas las posibles fallas. Sobre este modelo también se simula cualquier posible localización de fallas.