sistemas_electricos_potencia

8/3/2019 sistemas_electricos_potencia

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1.- DATOS DE LA ASIGNATURANombre de la asignatura : Sistemas Elctricos de Potencia

Carrera : Ingeniera Electromecnica

Clave de la asignatura : EMF-1024

SATCA1 3 2 - 5

2.- PRESENTACINCaracterizacin de la asignatura.

Esta asignatura considera el anlisis en estado estable de los Sistemas Elctricosde Potencia (SEP). El curso parte de la consideracin de que el alumno ha adquiridolas competencias previas correspondientes a las materias de mquinas elctricas yanlisis de circuitos elctricos. Por tanto, se analiza especialmente elcomportamiento de las lneas de transmisin y su modelado mediante parmetrosdistribuidos, as como los modelos aproximados de lneas considerando parmetrosconcentrados.

Asimismo, se considera el problema de flujos de potencia, en el cul se estudia demanera detallada la deduccin de las ecuaciones de balance de potencia. Dado queel conjunto de ecuaciones algebraicas resultante es no lineal, se emplean mtodositerativos para su solucin, que son abordados con el suficiente nivel de profundidadpara que el alumno sea capaz de implementar algoritmos computacionales desolucin, utilizando lenguajes de alto nivel para su fcil implementacin.

El empleo de software de alto nivel y especializado juega un papel muy importanteen la comprensin y asimilacin de conceptos. Ser posible con estos medios que elalumno compruebe y valide los diferentes modelos estudiados en el curso,implementar algoritmos computacionales de solucin y se concentrar en losconceptos esenciales.

La importancia de esta asignatura reside en que servir como plataforma para elanlisis de fenmenos de gran relevancia en la operacin y control de los SEP. As,el adquiere la habilidad de modelar matemticamente los sistemas de potencia,resolverlos utilizando diferentes tcnicas y obtener su punto operativo en estado

estacionario. Adems, la asignatura lograr que el alumno desarrolle su capacidadde auto aprendizaje que le sirva para analizar la operacin y control de un SEP.

Intencin didctica.

1Sistema de Asignacin y Transferencia de Crditos Acadmicos


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La primera parte del curso comprende un repaso de conceptos de teora decircuitos, tales como potencia compleja, factor de potencia, etc. El profesor deberelacionarlo directamente con los SEP.

La segunda parte del curso comprende el modelado de las lneas de transmisin deuna red elctrica, de tal manera que el ingeniero desarrolle la habilidad necesariapara seleccionar el modelo adecuado, que vaya acorde con el fenmeno que estanalizando. Deber ser capaz de comprobar y validar los modelos de las lneas detransmisin utilizando software de alto nivel y software especializado que contengalos modelos implementados.

La tercera parte del curso analiza el problema de flujos de potencia y las tcnicas desolucin del conjunto de ecuaciones resultante. El alumno debe desarrollar lahabilidad para elaborar sus propios algoritmos de solucin. Nuevamente el uso del

software antes mencionado juega un papel muy importante, y el profesor debe defomentar la creatividad del ingeniero para que la implementacin de algoritmos seauna tarea motivante en el anlisis. Una vez que se han implementado los algoritmosde solucin, el profesor debe de utilizar software especializado para dar nfasis enlos problemas ms comunes en la operacin de los SEP. Esto permitir que elingeniero desarrolle su capacidad de razonamiento y pueda dar una interpretacinadecuada del punto operativo en estado estable.


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3.- COMPETENCIAS A DESARROLLARCompetencias especficas:

Identificar los elementos bsicosque componen y se consideran parael anlisis de sistemas elctricos depotencia.

Aplicar la teora de electricidad ymagnetismo, as comoespecificaciones de diseo deconductores para el clculo deparmetros de lneas detransmisin.

Representar por medio de uncircuito y matemticamente unsistema de potencia prctico enestado estacionario.

Realizar el anlisis de flujos depotencia para obtener puntos deestado estacionario y anlisis decontingencias de un sistemaelctrico de potencia.

Conocer los principios para laoperacin y control de un sistemaelctrico de potencia.

Competencias genricas:

Competencias instrumentales

Capacidad de anlisis y sntesisCapacidad de organizar y planificar

Conocimientos bsicos de la carreraLeer en una segunda lenguaManejo de software computacionalHabilidades de gestin deinformacin(habilidad para buscar yanalizar informacin proveniente defuentes diversas)Solucin de problemasToma de decisiones.

Competencias interpersonalesCapacidad crtica y autocrtica

Trabajo en equipoHabilidades interpersonales

Capacidad de comunicarse conprofesionales de otras reas

Compromiso tico

Competencias sistmicasCapacidad de aplicar los conocimientos

en la prcticaHabilidades de investigacin

Capacidad de aprenderCapacidad de adaptarse a nuevassituaciones

Capacidad de generar nuevas ideas(creatividad)

Bsqueda del logro


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4.- HISTORIA DEL PROGRAMALugar y fecha de

elaboracin o revisinParticipantes Evento

Instituto TecnolgicoSuperior de Irapuato del24 al 28 de agosto de2009.

Representantes de los InstitutosTecnolgicos de:Apizaco, Centla, Ciudad Jimnez,

Ciudad Jurez, Delicias,Huichapan, Irapuato, Jocotitln,La Sierra Norte de Puebla, Lagosde Moreno, Lzaro Crdenas,Lerdo, Libres, Linares, LosMochis, Minatitln, Occidente delEstado de Hidalgo, Ocotln,Oriente del Estado de Hidalgo,Parral, Puerto Vallarta, TamazulaDe Gordiano, Tijuana,Tlalnepantla, Tlaxco, Toluca,Tuxtepec, Xalapa y Zacatecas.

Reunin Nacional deDiseo e InnovacinCurricular para elDesarrollo y Formacin deCompetenciasProfesionales de laCarrera de IngenieraElectromecnica.

Desarrollo de Programasen CompetenciasProfesionales por losInstitutos Tecnolgicosdel 1 de septiembre al 15de diciembre de 2009.

Academias de IngenieraElectromecnica de los InstitutosTecnolgicos de:

Superior de Irapuato

Elaboracin del programade estudio propuesto en laReunin Nacional deDiseo Curricular de laCarrera de IngenieraElectromecnica.

Instituto Tecnolgico deMexicali del 25 al 29 deenero del 2010.

Representantes de los InstitutosTecnolgicos de:Apizaco, Centla, Ciudad Jimnez,Ciudad Jurez, Huichapan,Irapuato, Jocotitln, La SierraNorte de Puebla, Lagos de

Moreno, Lzaro Crdenas, Lerdo,Libres, Los Mochis, Mexicali,Minatitln, Occidente del Estadode Hidalgo, Ocotln, Oriente delEstado de Hidalgo, Parral, PuertoVallarta, Tamazula de Gordiano,Tlaxco, Toluca, Tuxtepec, Xalapay Zacatecas.

Reunin Nacional deConsolidacin de los

Programas enCompetenciasProfesionales de laCarrera de IngenieraElectromecnica.


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5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO

Identificar los elementos bsicos que componen y se consideran para el anlisis desistemas elctricos de potencia.

Representar mediante un circuito y matemticamente un sistema de potenciaprctico para su anlisis en estado estacionario.

Realizar el anlisis de flujos de potencia para obtener puntos de estado estacionarioy anlisis de contingencias de un sistema elctrico de potencia.

Conocer la aplicacin de flujos de potencia para la operacin de un sistema elctricode potencia.

6.- COMPETENCIAS PREVIAS Conocer la teora del clculo matricial.

Conocer la teora del clculo diferencial e integral

Solucionar sistemas de ecuaciones algebraicas lineales y no lineales. Conocer las leyes fundamentales de la electricidad y magnetismo.

Aplicar la teora de anlisis de circuitos para resolver circuitos en corrientedirecta, monofsicos y trifsicos en corriente alterna.

Conocer los principios de operacin y modelado de mquinas elctricasestticas y rotatorias.

Conocer y aplicar modelos matemticos para analizar el comportamiento de

redes elctricas. Conocer la teora de electricidad y magnetismo, as como especificaciones de

diseo de conductores.

7.- TEMARIO

Unidad Temas Subtemas

1 Conceptos Bsicos1.1 Introduccin a los conceptos bsicos1.2 Potencia en circuitos de CA monofsicos1.3 Potencia compleja

1.4 El triangulo de potencia1.5 Direccin del flujo de potencia1.6 Voltaje, corriente y potencia en circuitos

trifsicos balanceados1.7 Cantidades en por unidad1.8 Cambio de base de cantidades en por

unidad

2 Impedancia serie de2.1 Tipos de conductores


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lneas de transmisin 2.2 Resistencia2.3 Valores tabulados de resistencia2.4 Inductancia de un conductor debida al flujo

interno2.5 Enlaces de flujo entre dos puntos externos

a un conductor aislado2.6 Inductancia de una lnea monofsica dedos conductores

2.7 Enlaces de flujo de un conductor dentro deun grupo

2.8 Inductancia de lneas de conductorescompuestos

2.9 El uso de tablas2.10 Inductancia de lneas trifsicas con

espaciamiento equiltero2.11 Inductancia de lneas trifsicas con

espaciamiento asimtrico2.12 Clculo de inductancia para conductoresagrupados

3 Capacitancia de Lneasde transmisin

3.1 Campo elctrico de un conductor largo yrecto3.2 Diferencia de potencial entre dos puntos

debida a una carga3.3 Capacitancia de una lnea de dos

conductores3.4 Capacitancia de una lnea trifsica con

espaciamiento equiltero

3.5 Capacitancia de una lnea trifsica conespaciamiento asimtrico

3.6 Efecto del suelo sobre la capacitancia delas lneas de transmisin trifsicas

3.7 Clculos de capacitancia para conductoresagrupados

3.8 Lneas trifsicas con circuitos paralelos

4 Lneas de transmisin4.1 Representacin de lneas4.2 La lnea de transmisin corta4.3 La lnea de longitud media4.4 La lnea de transmisin larga: solucin de

ecuaciones diferenciales4.5 La lnea de transmisin larga: interpretacin

de las ecuaciones4.6 La lnea de transmisin larga: forma

hiperblica de las ecuaciones4.7 El circuito equivalente de una lnea larga4.8 Flujo de potencia a travs de una lnea de

transmisin


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4.9 Compensacin reactiva de las lneas detransmisin

4.10 Uso de software especializado para elanlisis de lneas de transmisin.

5 Anlisis de flujos de

potencia

5.1 Introduccin al problema de flujos de

potencia5.2 El mtodo de Gauss-Seidel5.3 EL mtodo de Newton-Raphson5.4 La solucin de flujos de potencia de

Newton-Raphson5.5 El mtodo desacoplado de flujos de

potencia5.6 Estudios de flujos de potencia en el diseo

y operacin de sistemas5.7 Anlisis de contingencias N-1 en base a

flujos de potencia

5.8 Uso de software para realizar anlisis deflujos de potencia.


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8.- SUGERENCIAS DIDCTICAS

El profesor debe:

Dominar plenamente esta disciplina, conocer a detalle los diferentes modelos

matemticos presentados en el curso. Desarrollar la capacidad para elaborar rutinascomputacionales que implementen algoritmos de solucin; orientar el trabajo delestudiante y potenciar en l la autonoma, que le servir para utilizar el softwareespecializado sin la constante gua del profesor. Tomar en cuenta el conocimiento delos estudiantes como punto de partida, ya que le permitir atacar en las etapasiniciales del curso sus debilidades y as evitar obstculos para la construccin denuevos conocimientos. Adems, debe de propiciar las siguientes actividades,

Investigar en libros de texto, artculos, internet, etc. acerca de temas quesern vistos en clase por el maestro. Seleccionar de las diferentes fuentesconsultadas los conceptos ms importantes, as como buscar aplicaciones

cientficas y/o tecnolgicas de ellos. Sintetizar la informacin recopilada en reportes escritos con los conceptos

fundamentales de los temas. Probar y experimentar con los modelos y lasexpresiones matemticas presentadas en el curso, para discutir en clase sucomportamiento.

Propiciar la discusin de los diferentes puntos de vista observados y enfoquesdados a un mismo estudio.

Desarrollo de prcticas para motivar la realizacin propuestas tcnicas de losalumnos, para mejorar la interpretacin de los resultados de experimentosrealizados.

Desarrollar proyectos, basados en la utilizacin e implementacin dealgoritmos de solucin, donde el resultado final dependa de la interaccinentre grupos.

Desarrollo de trabajo extra clase resolviendo problemas mediante diferentesformas y/o metodologas existentes.

Desarrollo de reportes escritos en forma particular, haciendo especial hincapien la calidad de la redaccin y la coherencia de ideas, de tal manera que losreportes realizados sean de calidad ptima. En ellos el alumno mostrar eldesarrollo de su capacidad de anlisis, dejando de lado los reportes que seande buena calidad de formato pero que carezcan de sentido terico, prctico yconsistencia entre los razonamientos presentados.


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9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIN El profesor evala en forma continua y formativa, por lo que debe considerar

el desempeo en cada una de las actividades de aprendizaje, haciendoespecial nfasis en:o Informacin obtenida durante las investigaciones solicitadas plasmada en

documentos escritos.o El nivel de comprensin de conceptos por medio de reportes escritos de

las observaciones hechas durante las actividades, as como de lasconclusiones obtenidas de dichas observaciones.

o La calidad de la informacin obtenida durante las investigacionessolicitadas plasmada en documentos escritos.

o Exmenes escritos para comprobar el manejo de aspectos tericos ydeclarativos.

o Desarrollo terico de temas mediante exposiciones.o Reportes de investigaciones hechas en equipo y de manera individual.o Propuestas de solucin a problemas tcnicos mediante la aplicacin de

teoras.o Realizacin de prcticas de laboratorio.

10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE

Unidad 1: Conceptos BsicosCompetencia especfica a desarrollar Actividades de Aprendizaje

Conocer y aplicar los principiosbsicos para el anlisis desistemas elctricos de potencia.

Representar un sistema elctrico depotencia por medio de un diagramaunifilar.

Calcular la potencia compleja monofsicay trifsica de circuitos que representanun sistema elctrico de potencia.

Realizar problemas de correccin delfactor de potencia en base al triangulo depotencia.

Discutir resultados obtenidos de unanlisis de direccin de flujo de potencia.

A partir de un sistema elctrico depotencia, realizar la seleccin de basepara la representacin de parmetros,

voltajes y corrientes en cantidades enpor unidad, realizar cambio de base.

Resolver un circuito trifsico encantidades en por unidad.

Realizar reportes de anlisis deresultados, contemplando observacionesy conclusiones de prcticas delaboratorio asociadas al captulo.


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Unidad 2: Impedancia serie de lneas de transmisinCompetencia especfica a desarrollar

Actividades de Aprendizaje

Determinar la resistencia serie deconductores en base a su longitudy temperatura.

Calcular la inductancia serie delneas de transmisin monofsicasy trifsicas.

Investigar, aplicar y reportar el conceptode resistencia, la ecuacin para elclculo de resistencia de un conductorlargo y correccin de resistencia portemperatura.

Investigar, aplicar y reportar la ley deAmpere para el clculo de intensidad decampo magntico.

Investigar y reportar los conceptos deFlujo magntico, enlace de flujo einductancia.

En base a la ley de ampere deducir lasecuaciones de inductancia propia ymutua de un conductor.

Resolver problemas de clculo deinductancia de lneas de transmisinconsiderando factores de composicin ydistribucin geomtrica de conductores.

Usar tablas de caractersticas elctricasde conductores para el clculo deinductancia de lneas de transmisin.

Unidad 3: Capacitancia de lneas de transmisinCompetencia especfica a desarrollar


Calcular la capacitancia asociadaa lneas de transmisinmonofsicas y trifsicas.

Investigar y aplicar la ley de Gauss parael obtener la ecuacin para determinar elcampo elctrico debido a una carga y aun conductor largo infinito.

Deducir la ecuacin de la diferencia depotencial entre dos putos producida poruna carga puntual.

Investigar el concepto de capacitancia. Deducir la ecuacin de la capacitancia

para una lnea de dos conductoresparalelos.

Resolver problemas de clculo decapacitancia de lneas trifsicas sinconsiderar el efecto del suelo.

Investigar y discutir el mtodo de lasimgenes.

Resolver problemas de clculo de


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capacitancia de lneas trifsicasconsiderando el efecto del suelo.

Resolver problemas de clculo de lacapacitancia en lneas trifsicas concircuitos paralelos.

Realizar un programa computacionalpara el clculo de parmetros de lneas.

Unidad 4: Lneas de TransmisinCompetencia especfica a desarrollar


Analizar las relaciones voltajecorriente de lneas de transmisinconsiderando diferentes modelosmatemticos.

Deduccin del modelo matemtico de lalnea corta.

Deduccin del modelo matemtico de lalnea media (parmetros concentrados).

Deduccin del modelo matemtico de la

lnea larga (parmetros distribuidos). Analizar y discutir los modelos

equivalentes de lneas largas.

Deducir la ecuacin de flujo de potenciaa travs de una lnea de transmisin.

Investigar y discutir el concepto decompensacin reactiva de la lnea detransmisin.

Realizar reportes de anlisis deresultados, contemplando observacionesy conclusiones de prcticas de

laboratorio asociadas al captulo.

Unidad 5: Anlisis de Flujos de PotenciaCompetencia especfica a desarrollar


Conocer y resolver el problema dede flujos de potencia.

Conocer la aplicacin del anlisisde flujos de potencia como unaherramienta para la operacin desistemas elctricos de potencia.

Investigar y discutir los mtodos deGauss-Seidel y Newton-Raphson para lasolucin de ecuaciones algebraicas nolineales.

Revisar la formulacin del problema de

flujos de potencia en forma polar. Aplicar el mtodo de Gauss-Seidel para

el anlisis de flujos de potencia de unsistema elctrico pequeo.

Aplicar el mtodo de Newton-Rapshonpara el anlisis de flujos de potencia deun sistema elctrico pequeo.

Aplicar el mtodo desacoplado rpido


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para el anlisis de flujos de potencia deun sistema elctrico pequeo.

Utilizar software para realizar el anlisisde flujos de potencia de redes de granescala.

Realizar un reporte de comparacin deresultados de flujos de potenciaobtenidos por medio de los diferentesmtodos.

Realizar el anlisis de contingencias N-1para simular condiciones de operacininsegura de un sistema elctrico.

En base al anlisis de contingencias N-1investigar y proponer accionescorrectivas para contingencias dainas.


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11.- FUENTES DE INFORMACIN1. John J. Grainger y W. D. Stevenson, Anlisis de sistemas de potencia,

Traduccin de la primera edicin en ingles, Mc Graw Hill, Mxico, 1996.2. A. Gomez-Expsito, A. J. Conejo y C. Caizares, Electric Energy Systems:

Anlisis Operation and Control, 1st Edition, CRC Press, USA ,2009.3. Hadi Saadat, Power system analysis, 2st Edition, Mc Graw Hill, 2002.4. A. J. Wood y B. F. Wollemberg, Power generation operation and control, 2th.

Edition, Wiley Interscience, New York, NY, USA, 1996.5. Glen W. Stagg y Ahmed H. El-Abiad, Computer methods in power system

analysis, 1st Edition, Mc Graw Hill, Kogashuka, 1968

12.- PRCTICAS PROPUESTAS1. Clculo y medicin de potencia activa y reactiva monofsica.2. Clculo y medicin de potencia activa y reactiva trifsica en un sistema

balanceado.3. Correccin del factor de potencia.

4. Sincronizacin de un generador sncrono al sistema elctrico nacional.5. Armar un sistema maquina-linea-carga para comprobar resultados

proporcionados por medio de simulaciones del anlisis de flujos de potencia.6. Clculo experimental de las curvas PV a diferentes factores de potencia en

lneas compensadas y no compensadas.7. Compensar en serie una lnea de transmisin para ver su efecto en su

regulacin de voltaje y en su SIL.8. Compensar en paralelo una lnea de transmisin para ver su efecto en su

regulacin de voltaje y en su SIL.9. Asistir a una visita industrial (Subestacin, central de generacin o centro de

control).

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