Analisis de Sistemas Electricos de Potencia II

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA:

Ingeniería Eléctrica

ASIGNATURA:

Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia II

SEMESTRE:

Noveno

OBJETIVO GENERAL: El alumno analizará los sistemas de potencia en estado permanente equilibrado. Calculará el despacho económico de carga, fallas fallas de corto circuito, flujos de potencia y estabilidad, para elaborar metodologías de solución a los problemas que se presentan en los sistemas eléctricos de potencia.

CONTENIDO SINTÉTICO: I. II. III. IV. V.

Introducción. Cálculo de Flujos de Potencia. Despacho Económico de la Carga. Estudio de Corto Circuito. Estudio de Estabilidad de los Sistemas Eléctricos de Potencia.

METODOLOGÍA: Consulta bibliográfica Elaboración por parte del alumno de las metodologías de solución para un sistema eléctrico de potencia en estado estable (flujos de potencia, cortocircuito y despacho de carga) así como en estado transitorio (estabilidad del sistema), a partir de técnicas computacionales aplicando los métodos numéricos recomendables. Realización de prácticas de laboratorio

EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Tres exámenes parciales, los cuales serán evaluados de 0 a 60% de la evaluación total. También se tomarán en cuenta los trabajos y tareas asignadas que no deberá exceder el 20% de las calificaciones parciales. Para la evaluación del curso deberá aprobar tanto la parte teórica como la parte práctica (laboratorio). La calificación mínima aprobatoria es de 6.0. Prácticas de laboratorio corresponden el 20 %.

BIBLIOGRAFÍA: Gómez Expósito, A.  Análisis y Operación de Sistemas de Energía Eléctrica, Editorial McGraw Hill España 1992. 568 págs. Glenn W. Stagg and Ahmed H. El-Abaid, Computer Methods in Power System Analysis, Analysis , Mc. Graw Hill, Kogakusha Ltd, 1968. 568 págs. J. Duncan, Glover and M, Sarma . Sistemas de Potencia, Análisis y Diseño, 3º Edición, Editorial Thomson, México, 2004. 795 págs. William D. Stevenson, J. J. Grainger.  Análisis de Sistemas de Potencia, Potencia, 2º Edición, Editorial McGraw-Hill, México, 1998. 789 págs.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

ESCUELA:  Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica - Zacatenco CARRERA:  Ingeniería Eléctrica OPCIÓN:  Potencia COORDINACIÓN:  Academia de Potencia DEPARTAMENTO:  Académico de Ingeniería Eléctrica

ASIGNATURA:  Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia II SEMESTRE:  Noveno CLAVE: CRÉDITOS: 9.0 VIGENTE: Agosto del 2006 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica / Optativa III MODALIDAD: Escolarizado

TIEMPOS ASIGNADOS

Horas/Semana/Teoría: 3.0 Horas/Semana/Práctica: 3.0 Horas/Semestre/Teoría: 54.0 Horas/Semestre/Práctica: 54.0 Horas/Totales: 108 horas

PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academia de Potencia REVISADO POR:  Subdirección Académica APROBADO POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar M. en C. Jesús Reyes García

AUTORIZADO POR: La Comisión de Planes y Programas de Estudio del Consejo General Consultivo del IPN.

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ASIGNATURA:  Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia I

CLAVE:

HOJA: 2 DE 10

FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA Esta asignatura es fundamental en la preparación del Ingeniero Electricista, con opción en Sistemas Eléctricos de Potencia, ya que en ella se estudian los diferentes estados de operación de un sistema eléctrico de potencia, se contemplan los temas clásicos del análisis de los sistemas eléctricos de potencia y su orden. En el ámbito profesional el Ingeniero electricista podrá realizar un análisis del estado permanente equilibrado de una red eléctrica, conocido como estudio de flujos de potencia y después obtener su solución por los métodos de Gauss-Seidel, y el Newton-Raphson. El estudio de despacho económico de carga constituye una estrategia de operación, para el egresado Electricista, junto con el conjunto de plantas generadoras que satisfacen las demanda de energía eléctrica en una red eléctrica optimizando las operaciones y minimizando los costos, siendo necesario explicar en qué consiste el control automático de generación (CAG). El estudio de corto circuito aplicando la teoría de componentes simétricas, es la base para el cálculo de las corrientes de corto circuito, sus características y la fundamentación de su comportamiento. Cálculo de corrientes debidas a fallas en un punto y su distribución en la red cuando se producen fallas balanceadas utilizando la matriz de impedancias modales (Z bus). Explicación y fundamentación de los estudios de estabilidad en estado permanente. Los antecedentes escolares de esta asignatura son: Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia I.

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA

El alumno analizará los sistemas de potencia, en estado permanente equilibrado, el despacho económico de carga, los diferentes tipos de fallas de corto circuito y los problemas de estabilidad, para elaborar metodologías de solución a los problemas que se presentan en los sistemas eléctricos de potencia.

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ASIGNATURA:  Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia I No. UNIDAD I

HOJA: 3 DE 10

CLAVE: NOMBRE:   Introducción

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará el desarrollo histórico de los sistemas eléctricos de potencia y el de las técnicas de análisis hasta su estado actual, incluyendo la medición de las herramientas que se han utilizado como son los analizadores de redes de CD, CA, y las computadoras digitales. Fundamentará la operación de un sistema eléctrico de potencia. No. TEMAS TEMA 1.1 Descripción general del contenido del curso.

T 0.5

HORAS P 0.5

1.2

Introducción al estudio de los sistemas eléctricos de potencia

1.0

0.5

1.3

Desarrollo histórico de los sistemas eléctricos de potencia y su problemática, incluyendo panorama actual.

1.0

1.0

1.4

Establecimiento y fundamentación del objetivo que se busca satisfacer mediante la operación de un sistema eléctrico de potencia.

0.5

1.5

EC 3.0

CLAVE BIBLIOGRÁFICA 1B, 2B, 3B y 4C

3.0 Subtotal 3.0 4.0 ESTRATEGIA DIDÁCTICA Consulta bibliográfica sobre los parámetros de las líneas de transmisión. Explicación de la importancia de los sistemas eléctricos de potencia que se involucra en el desarrollo tecnológico del país. Exposición teórica por parte del profesor y los alumnos, con apoyo del pizarrón o equipo audiovisual. Ejemplos prácticos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos. Realización de prácticas. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Participación en clase de los alumnos durante las exposiciones y los trabajos de investigación corresponderán al 20% de la calificación total. El primer examen parcial abarcará del tema 1.1 al 2.6. Corresponde al 60%. La elaboración de prácticas corresponderá al 20 %.

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ASIGNATURA:  Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia I No. UNIDAD II

CLAVE:

HOJA: 4 DE 10

NOMBRE: Cálculo de Flujos de Potencia OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD

El alumno explicará la problemática general del estudio de flujos de potencia y los métodos de cálculo por GaussSeidel y por Newton-Raphson. Calculará las pérdidas en la red, la potencia activa y reactiva que suministra cada generador. No. TEMAS TEMA 2.1 Introducción al cálculo de flujos de Potencia

T 1.5

HORAS P 1.5

2.2

Planteamientos de la problemática general del estudio de flujos de Potencia.

1.5

2.5

2.3.

Cálculo de flujos de potencia por el método de GaussSeidel.

3.0

2.0

2.4

Cálculo de flujos de potencia por el método de NewtonRaphson.

3.0

2.0

2.5

Representación de transformadores con TAP fijo, con TAP variable, y corrimiento de fase.

3.0

3.0

2.6

Cálculo de potencia reactiva suministrada o demandada por bancos de capacitores en derivación, y sistemas estáticos de VARS.

3.0

3.0

15.0

14.0

Subtotal

CLAVE BIBLIOGRÁFICA EC 15.0

1B, 2B, 3B y 4C

15.0

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Búsqueda bibliográfica sobre flujos de potencia, representación y cálculos por diferentes métodos. Definición de TAP variable y corriente de fase. Exposición teórica por parte del alumno auxiliándose del pizarrón o equipo audiovisual. Ejemplos prácticos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos. Realización de prácticas. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Participación en clase de los alumnos durante las exposiciones y los trabajos de investigación corresponderán al 20% de la calificación total. El primer examen parcial abarcará del tema 1.1 al 2.6. Corresponde al 60%. La elaboración de prácticas corresponderá al 20 %.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR ASIGNATURA:  Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia I No. UNIDAD  III

HOJA: 5 DE 10

CLAVE:

NOMBRE:  Despacho Económico de la Carga

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno establecerá la estrategia de operación y el control automático de generación que permite minimizar los costos de operación de las centrales generadoras cuando éstas suministran la energía eléctrica a la red para satisfacer la demanda. Calculará los factores de penalización y coeficientes de pérdidas.

No. TEMAS TEMA 3.1 Introducción al despacho económico de carga

T 0.5

HORAS P 3.0

3.2

Distribución de carga entre unidades de una misma planta.

1.0

3.0

3.3

Pérdidas de transmisión como función de la generación de la planta.

1.5

3.0

3.4

Distribución de carga entre plantas.

1.5

3.0

3.5

Cálculo de factores de penalización y coeficientes de pérdidas.

3.0

3.0

3.6

Control automático de generación Delta de cuatro hilos.

1.5

3.0

CLAVE BIBLIOGRÁFICA EC 9.0

1B, 2B, 3B y 4C

9.0 Subtotal 9.0 18.0 ESTRATEGIA DIDÁCTICA Consultas bibliográficas sobre despacho económico de la carga. Identificación de los coeficientes de pérdidas que generan penalización en la d istribución de carga. Realización de ejercicios y tareas extra clase resolución de problemas. Exposición teórica por parte del alumno con apoyo del pizarrón o equipo audiovisual. Resolución de ejemplos prácticos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos. Realización de prácticas. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Ejercicios realizados en clase y extra clase, participación en actividades individuales y de equipo en la solución de problemas prácticos que corresponderán al 20% de la calificación total. El segundo examen parcial abarcará del tema 3.1 al 4.1.1. Corresponde al 60%. La realización de prácticas corresponderá al 20 %.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR ASIGNATURA:  Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia I No. UNIDAD IV 

HOJA: 6 DE 10

CLAVE: NOMBRE:

Estudio de Corto Circuito

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará la teoría básica de las componentes simétricas y su derivada, para el cálculo de corrientes de corto circuito. Determinará las características de la corriente de corto circuito y sus reactancias asociadas y las corrientes de corto circuito auxiliándose de la matriz de impedancia nodal (Zbus) para los diferentes tipos de fallas.

No. TEMAS TEMA 4.1 Introducción al estudio de corto circuito.

T 0.5

4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3

1.0 1.5 1.5

4.2.4

Teoría básica de componentes simétricas. Componentes simétricas de voltaje y corriente. Ecuaciones de transformación de impedancias. Impedancias de secuencias de líneas, transformadores, reactores, generadores y motores. Redes de secuencia positiva negativa y cero.

4.3 4.3.1

Características de la corriente de corto circuito. Corrientes y reactancias subtransitoria, transitoria y síncrona.

4.4

Cálculo de corrientes y distribución de las mismas debidas a fallas de corto circuito balanceadas y desbalanceadas. Cálculo de corrientes de corto circuito para fallas balanceadas y desbalanceadas por medio de la matriz de impedancia nodal (Zbus).

4.4.1

Subtotal

HORAS P 1.0

CLAVE BIBLIOGRÁFICA EC 12.0

1B, 2B, 3B y 4C

2.0

2.0 3.0 2.0 3.0 3.5

12.0

9.0

12.0

ESTRATEGIA DIDÁCTICA Consultas bibliográficas sobre la teoría de las componentes simétricas. Calculo de la corriente de corto circuito balanceadas y desbalanceadas, por medio de componentes simétricas y matriz nodal. Realización de ejercicios y tareas extra clase, resolución de problemas con la guía del profesor. Resolución de ejemplos prácticos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos. Realización de prácticas de laboratorio. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Ejercicios realizados en clase y extra clase que corresponderán al 20% de la calificación total. El segundo examen parcial abarcará del tema.3.1 al 4.1.1. Corresponde al 60%. Realización de prácticas corresponde al 20 %

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR ASIGNATURA:  Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia I No. UNIDAD V 

NOMBRE:

CLAVE:

HOJA: 7 DE 10

Estudios de Estabilidad en los Sistemas Eléctricos de Potencia

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno explicará los diferentes tipos de estudio clásico de estabilidad que se efectúan en los sistemas eléctricos de potencia como la estabilidad en estado permanente, estabilidad transitoria y estabilidad dinámica.

No. TEMAS TEMA 5.1 Introducción al estudio de estabilidad en SEP.

T 0.5

HORAS P 1.5

5.2

Tipos de estudio de estabilidad y sus definiciones.

0.5

1.5

5.3

Potencia eléctrica generada por una máquina sincronía.

1.0

1.5

5.4

Estabilidad en estado permanente.

1.5

1.5

5.5 5.5.1 5.5.2 5.5.3

Estabilidad transitoria. Obtención de la ecuación de oscilación. Criterio de áreas iguales (ejemplos) Obtención de la curva de oscilación por los métodos de paso a paso y el de Euler ó Runge -Kutta.

9.5

1.5

5.6

Explicación que comprende el estudio de estabilidad dinámica.

2.0

1.5

CLAVE BIBLIOGRÁFICA EC 15.0

1B, 2B, 3B y 4C

15.0 Subtotal 15.0 9.0 ESTRATEGIA DIDÁCTICA Definición del concepto de sistema eléctrico de potencia. Exposición teórica por el profesor y los alumnos, con apoyo de equipo audiovisual. Ejemplos prácticos expuestos por el profesor y ejercicios desarrollados por los alumnos. Explicación de la importancia en la estabilidad del sistema eléctrico de potencia obteniendo curvas de oscilación por el método paso a paso de Euler. Realización de prácticas. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Ejercicios realizados en clase y corrida del programa computacional que corresponderá al 20% de la calificación total. El tercer examen parcial abarcará la unidad V. Corresponderá al 60%. Realización de prácticas corresponde al 20 %.

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ASIGNATURA:  Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia I

CLAVE:

HOJA: 8 DE 10

RELACIÓN DE PRÁCTICAS PRACT. NOMBRE DE LA PRÁCTICA No. 1 Programa de representación de sistemas por unidad.

UNIDAD

DURACIÓN

I

4.0

2

Programa para la obtención de la matriz de admitancia nodal (Ybus) por transformaciones singulares.

II

7.0

3

Programa para la obtención de la matriz de impedancia nodal (Zbus) por algoritmo.

II

7.0

4

Programa para cálculo de flujos de potencia por el método de Gauss-Seidel, o el de Newton - Raphson.

III

9.0

5

Programa para calcular las corrientes de corto circuito utilizando Zbus, para falla trifásica.

III

9.0

6

Programa para calcular corrientes de corto circuito utilizando Zbus, para falla de línea a tierra.

IV

9.0

7

Programa para la obtención de la curva de oscilación por el método de Euler, o el de Runge-Kutta.

V

9.0

Total

54.0

LUGAR DE REALIZACIÓN Todas las prácticas se realizarán en el Laboratorio de Potencia en Laboratorios Pesados II.

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ASIGNATURA:  Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia I

PERÍODO 1er 

UNIDAD I y II

2º

III y IV

3º

V

CLAVE 1

B

2 3 4

CLAVE:

HOJA: 9 DE 10

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El profesor realizará una evaluación de conocimientos al finalizar de los temas 1.1 al 2.6, del 3.1 al 4.4.1 y la unidad 5 respectivamente, lo que implica realizar tres evaluaciones durante el semestre, el promedio de éstas representará el 60% de la calificación correspondiente a las evaluaciones más el 20% correspondiente a ejercicios realizados en clase y extra-clase, participación en actividades individuales y de equipo. Realización de prácticas corresponde al 20 %. La evaluación de las prácticas de laboratorio se hará promediando la calificación de las prácticas realizadas y reportadas, siendo necesario que el alumno cumpla con el 100% de las prácticas. Para la evaluación del curso es indispensable que el alumno apruebe la parte teórica como la parte práctica. La calificación final de esta asignatura será el promedio de las calificaciones obtenidas en la teoría y en la evaluación de prácticas

C X X

X

BIBLIOGRAFÍA Gómez Expósito, A.  Análisis y Operación de Sistemas de Energía Eléctrica, Editorial McGraw Hill España 1992. 568 págs. Glenn W. Stagg and Ahmed H. El-Abaid, Computer Methods in Power System  Analysis, Mc. Graw Hill, Kogakusha Ltd, 1968. 568 págs. J. Duncan Glover and M, Sarma. Sistemas de Potencia, Análisis y Diseño , 3º Edición, Editorial Thomson, México, 2004. 795 págs.

X

William D. Stevenson, J. J. Grainger,  Análisis de Sistemas de Potencia, 2º Edición, Editorial McGraw-Hill, México, 1998. 789 págs.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA:

Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica - Zacatenco

CARRERA:

Ingeniería Eléctrica

ÁREA:

BÁSICAS

ACADEMIA:

Potencia

C.

SEMESTRE

INGENIERÍA

D. INGENIERÍA

Noveno

C. SOC. y HUM.

 Análisis Sistemas Eléctricos de Potencia II

ASIGNATURA:

Conocimientos en el análisis de los sistemas eléctricos de potencia,(Maestría)

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:

2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:  El alumno analizará los sistemas de potencia, en estado permanente equilibrado, el despacho económico de carga, los diferentes tipos de fallas de corto circuito y los problemas de estabilidad, para elaborar metodologías de solución a los problemas que se presentan en los sistemas eléctricos de potencia. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS Conocimientos amplios en la teoría y el análisis de los sistemas eléctricos de potencia en estado estable y transitorio. Conocimientos de métodos numéricos para la solución de problemas de flujos de potencia, estabilidad y despacho de energía.

EXPERIENCIA PROFESIONAL En docencia y/o aplicaciones en Ingeniería Eléctrica. Experiencia en los sistemas de potencia.

HABILIDADES

ACTITUDES

Dominio del tema y habilidad para enseñar los conceptos básicos y aplicaciones de los sistemas eléctricos de potencia en estado estable y transitorio.

Colaboración con profesores integrantes de la academia. Servir al instituto en la enseñanza y mostrar una actitud de tutor hacia los alumnos. Ser justo en las evaluaciones de los cursos atendidos como profesor. Utilizar los conocimientos adquiridos para el desarrollo tecnológico que requiere y demanda el país. Responsabilidad y compromiso social.

ELABORÓ

REVISÓ

AUTORIZÓ

M. en C. Oscar L. Puente Navarrete Presidente de Academia

Ing. Guillermo Santillán G Subdirector Académico

M. en C. Jesús Reyes García Director ESIME-Zacatenco

FECHA:

2006