Representación Topológica de los Sistemas Eléctricos de Potencia y Aplicación en el Análisis de Riesgos

Topologic Representation of Electric Power Systems and Application to Risk Analysis

 Resumen— Usualmente la valoración de la vulnerabilidad de la red de transporte en alta tensión (tanto a nivel local, como nacional) está supeditada al interés de las organizaciones propietarias y operadoras de los sistemas de infraestructura crítica. La mayor parte de los estudios de vulnerabilidad suelen desarrollarse después de la ocurrencia de eventos de alto impacto (por ejemplo, un blackout o apagón con gran alcance geográfico), con la finalidad de determinar las causas que generan fallos en cascada en un sistema de potencia específico. Estos estudios se desarrollan mediante análisis estructural de vulnerabilidad en redes de transporte, los cuales requieren metodologías bien definidas que permitan guiar la toma de decisiones en acciones de prevención y recuperación de la normalidad en la red (por ejemplo, a través de estudios de contingencias N-1 y N-t que están considerados entre los criterios más aceptados por la industria eléctrica). Como alternativa a las herramientas clásicas de análisis de contingencias, se presentan las técnicas de teoría de grafos y redes complejas, que en los últimos años se han propuesto como métodos útiles en el análisis del comportamiento físico de las redes de potencia. Esto permite realizar una valoración de la vulnerabilidad del sistema, así como estudiar su comportamiento ante riesgos de tipo aleatorio o ante ataques deliberados. De esta manera se pueden inferir las consecuencias de aquellas amenazas calificadas como críticas e importantes, entre las que se cuentan actos de terrorismo y vandalismo, fenómenos naturales adversos, condiciones climatológicas adversas y fallos en equipos e instalaciones (que en algunos casos son atribuidos a errores humanos). Los resultados que se presentan en esta ponencia permiten concluir sobre la viabilidad de las redes complejas para el análisis de contingencias. Lo anterior involucra el estudio de los eventos que desencadenan fallos en cascada y desconexión de consumidores.

Abstract — Usually vulnerability assessment of high votage power grids (both locally and nationally) has been linked to interests of organizations that are either owner or operators of critic infrastructure systems. Most vulnerability studies are normally developed after the occurrence of high impact events (e.g. blackouts with vast geographic coverage) in order to determine the root causes of cascade failures within certain power systems. Such studies may be conducted through structural vulnerability analysis into the power grids, and they require well-defined methodologies that may guide decision-making for implementation of actions to prevent and to recover normal operation in the power system (e.g. N-1 and N-t contingency studies are considered as the most accepted criterion into electric industries). As an alternative to classic tools for contingency analysis, in this technical contribution the authors provide some techniques based upon graph theory and complex networks, which in the last few years have been proposed as useful methodologies for analysis of physical behavior of power electric grids. This can be applied in system vulnerability evaluation, as well as its performance into risks scenarios: random risks and deliberate attacks threats. This way, it is possible to infer the consequences of those threats determined as critical or important, among others, acts of terrorism and vandalism, adverse natural phenomena, adverse weather conditions, failures in hardware and installations (which sometimes are related to human errors). Results shown in this paper lead to conclusions on the use of complex networks for contingency analysis. This also involves the study of those events that result in cascade failures and consumer disconnections.