2-Conceptos Basicos Analisis SEP

Curso de Capacitacion

ETAP

Conceptos Bsicos de Anlisis de

SEP

1

Conceptos Bsicos de

Anlisis de SEP

ETAP11.0


ETAP


SEP

2

Diego Moitre, M. Sc.

Ingeniero Mecnico Electricista

Matricula Profesional N 10.333 - CIEC

Senior Member, PES IEEE RAIEN ARGENTINA S.A. Congreso 2171 6 Piso Cdigo Postal: C1428 BVE

Ciudad Autnoma de Buenos Aires, ARGENTINA

Fijo: (54) 11 4701-9316

Mvil: (54) 358-156000104

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ETAP


SEP

3

Temario

Estructura de los Sistemas Elctricos de Potencia (SEP)

Conceptos Bsicos de Anlisis de SEP

Bibliografa

A. R. Bergen & V. Vittal Power Systems Analysis. Second Edition. Prentice -Hall, 2000.

O. I. Elgerd. Electric Energy Systems Theory. Second Edition. McGraw-Hill, 1983.

G. L. Kusic. Computer-Aided Power Systems Analysis. Second Edition. CRC Press, 2008.

J. J. Grainger & W. D. Stevenson Power Systems Analysis. McGraw-Hill, 1994.

C. A. Gross Power Systems Analysis. Second Edition. John Wiley& Sons, 1986.

IEEE Brown Book (IEEE Std 399TM 1997: Recommended Practice for Industrial and Commercial Power Systems Analysis )


ETAP


SEP

4

Estructura de los SEP

Generacin de E.E.

Centrales

Generador & motor primario

Transformadores de bloque

Transmisin de E.E.

Lneas de transmisin en Alta Tensin

Subestaciones de maniobra

Interruptores

Transformadores


ETAP


SEP

5


Distribucin de E.E.

Subestaciones de distribucin

Transformadores de rebaje

Alimentadores de distribucin en Media Tensin

Transformadores de distribucin

Demanda

Industrial

Comercial

Residencial


ETAP


SEP

6


Generacin

11 KV ~ 30 KV

Transmisin

220 KV, 330 KV, 500 KV

Subtransmisin

66 KV, 132 KV

Distribucin Primaria

6,6 KV, 13,2 KV, 33 KV

Distribucin Secundaria

220 V, 380 V


ETAP


SEP

7


Proteccin del equipamiento

Transformadores de medicin

Interruptores

Reconectadores y Seccionalizadores

Fusibles

Descargadores de sobre tensin

Relevadores

Control y Monitoreo del Sistema

Control asistido por computadora

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)


ETAP


SEP

8



ETAP


SEP

9

Anlisis asistido por Computadora

Planificacin de la expansin

Programacin de la operacin

Operacin en tiempo real


ETAP


SEP

10


Anlisis de Flujo de Potencia equilibrado

Anlisis de Flujo de Potencia desequilibrado

Anlisis de Corto Circuito

Anlisis de Estabilidad Transitoria

Anlisis de Flujo de Potencia Optimo

Anlisis de Coordinacin de Protecciones

Anlisis de Aceleracin de Motores

Anlisis de Armnicos

Anlisis de Confiabilidad

Anlisis de Sistemas de puesta a tierra


ETAP


SEP

11


ETAP PS es un programa de anlisis de SEP grfico-interactivo bajo los sistemas

operativos Microsoft Windows XP, 2003

y Vista.

Mdulos de simulacin en modo off-line desarrollados a nivel del estado del arte en

anlisis de SEP.

Adquisicin de datos de operacin para monitoreo avanzado y simulacin en

tiempo real.


ETAP


SEP

12


SEP

Sistemas monofsicos de CA

Valor Eficaz

(RMS)

I = II =


ETAP


SEP

13

Conceptos Bsicos de Anlisis

de SEP Sistemas monofsicos de CA


ETAP


SEP

14


SEP

Potencia activa

Potencia activa

Factor de Potencia


ETAP


SEP

15


SEP

Potencia aparente

Potencia aparente


ETAP


SEP

16


SEP

Potencia reactiva

Potencia reactiva


ETAP


SEP

17


SEP

Potencia compleja


ETAP


SEP

18


SEP

Potencia compleja

Un inductor consume

potencia reactiva

Un capacitor genera

potencia reactiva


ETAP


SEP

19


SEP Sistemas monofsicos de CA


ETAP


SEP

20


de SEP

Potencia compleja

2

22

2

222

22

2*

2

22

2***

2*

*

VXR

XQ

VXR

RP

VXR

jXRVYjQPS

IXQ

IRPIjXRjQPS

VYYVVSYVI

IZZIISZIV

VIS


ETAP


SEP

21


de SEP

240tcosV2tv

120tcosV2tv

tcosV2tv

c

b

a

Sistema trifsico (equilibrado) de CA

Tensiones (fase-neutro) equilibradas

240tcosI2ti

120tcosI2ti

tcosI2ti

c

b

a Cargas balanceadas

corrientes equilibradas


ETAP


SEP

22


SEP



ETAP


SEP

23


de SEP


IV3IV3S

senIV3Q3senIV3Q

cosIV3tpV3V

P3cosIV3tp

titvtitvtitvtp

L3

L3

L3L

3

ccbbaa3


ETAP


SEP

24


de SEP

2

2

nTransmisiodeMatriz

1

1

I

V

DC

BA

I

V

Matriz de Transmisin (redes de dos puertos lineales invariantes en el tiempo)

3

3

T

21

2

2

1

1

1

I

VTT

I

VT

I

V

I2

V2

I1

V1

+ +

- -

I3

V3

I1

V1

+ +

- -

I2

V2 +

-


ETAP


SEP

25


de SEP

Sistema por Unidad

b

2b

b

b

bb

S

VZ

V

SI

Vb para cada nivel de tensin del SEP

Sb para todo el SEP


ETAP


SEP

26


de SEP

Sistema por Unidad (Sistemas monofsicos)


ETAP


SEP

27


de SEP

Sistema por Unidad (Sistemas trifsicos)


ETAP


SEP

28


de SEP

Sistema por Unidad (Sistemas trifsicos)


ETAP


SEP

29


de SEP

Sistema por Unidad

1base

2base

2

2base

1base1base2base

S

S

V

Vpupu

ZZ

Cambiando la base


ETAP


SEP

30


de SEP

Flujo de Potencia


ETAP


SEP

31


de SEP

Flujo de Potencia

La potencia activa y reactiva en el extremo transmisor:


ETAP


SEP

32


de SEP

Flujo de Potencia

Las lneas de transmisin tienen una resistencia pequea comparada con su

reactancia. Si suponemos R=0, resulta:

Para SEP donde R/X es pequea, son validas las observaciones siguientes:

Pequeas variaciones en los ngulos de las tensiones de barras tienen efectos significativos sobre el flujo de potencia activa

Pequeas variaciones en los mdulos de las tensiones de barras no tienen efectos apreciables sobre el flujo de potencia activa


ETAP


SEP

33


de SEP

Flujo de Potencia

Suponiendo que R=0, la mxima transmisin de potencia terica (limite de estabilidad esttico o de rgimen permanente) ocurre cuando la diferencia

angular es de 90, y asume el valor:

Para mantener la estabilidad el sistema se opera con ngulos pequeos

El flujo de potencia reactiva es determinado por la diferencia de los mdulos de las tensiones de barras


ETAP


SEP

34


de SEP

La caracterstica bsica de la Transformacin de Componentes Simtricas* (TCS) consiste en expresar los fasores que representan magnitudes

(corrientes y tensiones) desequilibradas de cada fase por medio de un

conjunto de componentes que poseen ciertas caractersticas de simetra.

* Fortescue, C. L. Method of

Symmetrical Coordinates Applied to the

Solution of Polyphase Networks. Trans.

AIEE 37: 1027-1140,1918.


ETAP


SEP

35


de SEP

Por ejemplo, si Ia, Ib, Ic son las tres corrientes de fase desequilibradas en algn punto de la red:

0cccc

0bbbb

0aaaa

IIII

IIII

IIII


ETAP


SEP

36


de SEP

Observemos que queremos representar tres fasores mediante nueve componentes; para que la solucin sea nica debemos fijar seis

restricciones adicionales sobre las nueve componentes.

Fijamos las siguientes:

0c0b0a

120j

ac

120j

ac

120j

ab

120j

ab

III

eIIeII

eIIeII


ETAP


SEP

37


de SEP

Ib+ Ia+

Ic+

=2f

Componentes de secuencia

positiva (o directa)

120

120 Ic+ Ia+

Ib+

=2f

Componentes de secuencia

negativa (o inversa)

120

120

Ic0 Ib0

Ia0

=2f

Componentes de

secuencia cero (u

homopolar)


ETAP


SEP

38


de SEP

2

3j

2

1120senj120cose 120j

Definiendo

resulta:

0aa

2

ac

0aaa

2

b

0aaaa

IIII

IIII

IIII


ETAP


SEP

39


de SEP


ETAP


SEP

40


de SEP


ETAP


SEP

41

Transformacin de Componentes

Simtricas (TCS)

-0abc

ITI

0abc I

0a

a

a

T

2

2

I

c

b

a

I

I

I

1

1

111

I

I

I

abc

I

c

b

a

2

2

I

0a

a

a

abc0

I

I

I

111

1

1

3

1

I

I

I

ITI 1-

T 1-

-0


ETAP


SEP

42

Transformacin de Componentes

Simtricas (TCS)

-0VTV

abc

I

0a

a

a

T

2

2

V

c

b

a

0abc

V

V

V

1

1

111

V

V

V

abc

V

c

b

a

2

2

V

0a

a

a

abc0

V

V

V

111

1

1

3

1

V

V

V

VTV 1--0

T 1-


ETAP


SEP

43

Propiedades de la TCS

*t IV abcabc*cc

*bb

*aa3 IVIVIVQjPS

* -0Id3

*tt-0-0

t

-0 ITTVITVT *

3S

Efecto de la TCS en la formula de potencia compleja

*00

**-0

t-03 I3VI3VI3V3S

*IV

Documents

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