preinforme-4-nota-48

Vista previa del material en texto

lOMoAR cPSD|3707762 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
lOMoAR cPSD|3707762 
Febrero de 2017. Universidad Tecnológica de Pereira. 
 
 
 
1 
 
4. Flujo de Potencia en Sistemas Radiales 
 
Power flow in radial systems. 
Luis Felipe Giraldo Mora Gr. 9 
Facultad de Ingenierías, Universidad Tecnológica de Pereira, Pereira, Colombia 
Correo-e: luisfeligiraldom@utp.edu.co 
 
 
Resumen— Este Preinforme contiene una introducción breve al 
análisis de flujos de potencia como también la resolución de las 
preguntas de la segunda práctica del laboratorio. 
 
Palabras Clave— Modelo, SEP, Diagrama Unifilar, Potencia, 
Simulación, Flujo de Carga, Análisis. 
 
 
I. INTRODUCCIÓN 
 
Un sistema eléctrico de potencia incluye las etapas de 
generación, transmisión, distribución y utilización de la energía 
eléctrica, y su función primordial es la de llevar esta energía 
desde los centros de generación hasta los centros de consumo y 
por último entregarla al usuario en forma segura y con los 
niveles de calidad exigidos. Aproximadamente las 2/3 partes de 
la inversión total del sistema de potencia, están dedicados a la 
parte de distribución (Gigante Invisible), lo que implica 
necesariamente un trabajo cuidadoso en el planeamiento, 
diseño y construcción y en la operación del sistema de 
distribución, lo que requiere manejar una información 
voluminosa y tomar numerosas decisiones, lo cual es una tarea 
compleja pero de gran trascendencia. Nótese que es en esta 
parte donde se producen los porcentajes más grandes de 
pérdidas de energía en todas sus manifestaciones debido al gran 
volumen de elementos que lo conforman, y a los bajos niveles 
de tensión que se manejan. 
 
 
Figura 1. Red de distribución radial. 
 
II. CONTENIDO 
 
1. Objetivos: 
a. Estudiar el comportamiento de los flujos de potencia 
activa y reactiva en un sistema de potencia radial. 
b. Estudiar el efecto de las cargas desbalanceadas en un 
sistema de potencia radial. 
c. Estudiar los perfiles de carga. 
d. Mejorar el perfil de tensión. 
e. Realizar un análisis de flujos de potencia en un 
periodo de tiempo dado (24 horas). 
 
2. Preinforme: 
 
2.1. Explique con buen detalle, los métodos de flujo de 
potencia empleados en sistemas de distribución radial. 
 
La principal característica de los Métodos de Flujo de 
Potencia Radial es que hacen uso de la estructura 
topológica radial del sistema. Los más conocidos son 
el Método Escalonado, el Método Suma de Corrientes 
y el Método Suma de Potencias, siendo los más 
utilizados los dos últimos. 
 
Método suma de potencias: Es una técnica de Flujos 
de Potencia Radial en la cual se pueden incorporar 
todas las características de los Sistemas de 
Distribución, tales como: radialidad, desbalances, etc. 
Como el problema de Flujos de Potencia es no lineal, 
el método de solución aquí expuesto es iterativo. La 
técnica consiste en dos procesos; el primero, aguas 
arriba, determina en forma simultánea la potencia 
equivalente en los nudos y las pérdidas de potencia. El 
segundo, aguas abajo, determina las tensiones en los 
nudos a través de una ecuación de cuarto orden para el 
módulo y una ecuación explícita para el ángulo. 
 
 
Figura 2. Tramo de línea de un alimentador cualquiera. 
 
Consideremos la Figura 2, para la presentación del 
método, en donde: 
Vi-1, Vi: Fasores tensión en el extremo transmisor y 
receptor del tramo i 
Pi, Qi: Potencias equivalentes activa y reactiva 
asociadas al nudo i 
Ri , Xi: Resistencia y reactancia del tramo i. 
βi : Diferencia angular entre los fasores Vi-1 y Vi. 
mailto:luisfeligiraldom@utp.edu.co
 
lOMoAR cPSD|3707762 
 
 
 
 
 
 
2 Febrero de 2017. Universidad Tecnológica de Pereira. 
La solución propuesta para el Flujo de Carga por este 
método consiste en resolver para cada rama la siguiente 
ecuación básica: 
𝑉𝑖 4 + 𝐴𝑖 𝑉𝑖
2 + 𝐵𝑖 =0 (1) 
dónde: 
𝐴𝑖 = 2(𝑃𝑖 𝑅 𝑖 + 𝑄𝑖 𝑋𝑖 ) − 𝑉𝑖−1
2 
y 
𝐵𝑖 = (𝑃𝑖 
2 + 𝑄𝑖 
2)(𝑅 𝑖
2 + 𝑋𝑖 
2 ). 
La ecuación 1 tiene una solución directa y, como se 
observa, no depende del ángulo de fase, el que puede 
ser calculado a partir de: 
 
𝑡𝑔(𝛽𝑖 ) = ( 𝑃𝑖 𝑋𝑖 − 𝑄𝑖𝑅 𝑖)/( 𝑃𝑖 𝑅 𝑖 + 𝑄𝑖𝑋𝑖 + 𝑉𝑖
2) (2) 
Los valores de las potencias equivalentes, tanto activa 
como reactiva representan toda aquella demandada por 
la red vista desde el nudo “i” aguas abajo, incluyendo 
las pérdidas, las que se determinan por: 
 
𝐿𝑝𝑖 = 𝑅 𝑖(𝑃𝑖 2 + 𝑄𝑖 2)/𝑉𝑖2 𝐿𝑞𝑖 = 𝑋𝑖(𝑃𝑖 2 + 𝑄𝑖 2)/𝑉𝑖2 (3) 
 
La ecuación para determinar los voltajes en los nudos 
puede considerarse de dos formas, tal como aparece en 
la expresión 1 en lo que denominaremos Método 
Completo o bien en forma aproximada, dando origen al 
Método Simplificado3. Este último se basa en el hecho 
de que las pérdidas de potencias activa y reactiva en 
una rama “i” cualquiera, son pequeñas comparadas con 
el flujo de potencia que fluye por dicha rama. Por lo 
tanto, las magnitudes de las tensiones en las barras 
pueden ser determinadas de: 
 
𝑉𝑖
2 + 𝐴𝑖 = 0 (4) 
2.2. Explique que son los reguladores de tensión, como se 
modelan. 
 
Un regulado de tensión está constituido por una serie 
de bloques funcionales que permiten establecer la 
tensión de salida. La figura 3 muestra el diagrama de 
bloques de este circuito formado por: referencia de 
tensión, circuito de muestreo, amplificador de error y 
elemento de control. Una variación de la tensión de 
salida (V0) es detectada por el amplificador de error al 
comparar la referencia de tensión y el circuito de 
muestreo. Este amplificador opera sobre el elemento de 
control en serie para restaurar la V0. 
 
 
 
 
Figura 3. Diagrama de bloques de un regulador de tensión lineal. 
 
 
2.3. Explique que es la generación distribuida y como 
interactúa en un sistema de potencia radial. 
 
Consiste básicamente en la generación de energía 
eléctrica por medio de muchas pequeñas fuentes de 
energía en lugares lo más próximos posibles a las 
cargas. 
La definición más global de la generación distribuida 
vendría a decir que es aquella que se conecta a la red 
de distribución de energía eléctrica y que se caracteriza 
por encontrarse instalada en puntos cercanos al 
consumo. 
Consta de generadores pequeños de baja potencia que 
se conectan en los terminales de los nodos, interactúan 
abasteciendo la demanda que haya en el nodo y 
evitando llevar flujos en otra dirección para evitar 
activar las protecciones unidireccionales, además 
deben tener elementos reguladores de tensión y de 
corriente. 
2.4. Explique el flujo de potencia trifásico, ¿qué 
consideraciones se debe tener en cuenta? 
 
El estudio más frecuente en un sistema eléctrico, ya sea 
éste de transmisión o distribución, lo constituye el 
cálculo de las condiciones de operación en régimen 
permanente. En estos cálculos interesa determinar las 
tensiones en las distintas barras de la red; flujos de 
potencia activa y reactiva en todas las líneas; pérdidas 
en los transformadores, etc. 
Por tal motivo se realizan estudios de flujo de potencia 
trifásico, a partir de algoritmos matemáticos simulados 
en software de programación. Sin embargo, los 
métodos que se implementan están pensados en 
transmisión y consideran ciertas condiciones que no 
son aplicables en distribución por lo cual se vuelven 
herramientas ineficientes para este sector. Por tanto, se 
hacen necesarias las siguientes consideraciones a la 
hora de realizar flujo de potencia trifásico en sistemas 
de distribución: 
- Topologías radiales 
- Múltiples conexiones (monofásicas, bifásicas, etc) 
- Cargas de distinta naturaleza 
 
lOMoAR cPSD|3707762 
 
 
 
 
 
Febrero de 2017. Universidad Tecnológica de Pereira. 3 
- Líneas de resistencia comparables a la reactancia 
- Líneas sin transposiciones. 
2.5. ¿Qué es el perfil de carga?El perfil de carga consiste en conocer el 
comportamiento de la energía eléctrica en el tiempo 
(periodos cuartos horarios), para analizar 
detalladamente los consumos mensuales en cada ciclo 
de facturación. 
 
2.6. ¿Cómo se realiza el flujo de carga teniendo en cuenta 
los perfiles de carga? 
 
Arvidson C.E en su publicación titulada “Diversified 
demand method of estimating residential distribution 
transformer loads“ desarrolló un método para estimar 
analíticamente las cargas de los transformadores de 
distribución en áreas residenciales por el método de 
demanda diversificada el cual tiene en cuenta la 
diversidad entre cargas similares y la no coincidencia 
de los picos de diferentes tipos de cargas. Para tener en 
cuenta la no coincidencia de los picos de diferentes 
tipos de cargas Arvidson introdujo el “factor de 
variación horaria“, definido como la relación entre la 
demanda de un tipo particular de carga coincidente con 
la demanda máxima del grupo y la demanda máxima 
de ese tipo particular de carga. 
Para aplicar el método Arvidson para determinar la 
demanda máxima diversificada para un nivel de 
saturación y electrodoméstico, se sugieren los 
siguientes pasos: 
a) Determinar el número total de electrodomésticos, 
multiplicar el número total de consumidores por el 
valor de saturación en p.u. 
b) Leer la demanda diversificada correspondiente por 
consumidor de la curva en la Curva de Características 
de demanda máxima diversificada 30 minutos para 
varios tipos de carga residencial, para el número dado 
de electrodomésticos. 
c) Determinar la demanda máxima, multiplicando la 
demanda encontrada en el paso b) por el número total 
de electrodomésticos. 
d) Determinar la contribución de este tipo de carga a la 
demanda máxima del grupo, multiplicando el valor 
resultante del paso c) por el correspondiente factor de 
variación horaria encontrado en tablas. 
2.7. Investigar cómo se simulan los sistemas de distribución 
radiales desbalanceados en NEPLAN 
 
Debido a que el desbalanceo es producto de las cargas 
conectadas en un sistema radial, y a que no es posible 
simular directamente estas cargas en NEPLAN se 
recurre a una función de líneas asimétricas para poder 
realizar estos análisis. 
 
REFERENCIAS 
 
1] MÉTODO SUMA DE POTENCIAS EN SISTEMAS DE 
DISTRIBUCIÓN 
https://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&sour 
ce=web&cd=1&cad=rja&uact=8&sqi=2&ved=0ahUKEwi19- 
HB5dPSAhUCKiYKHcQSCCQQFggYMAA&url=https%3A 
%2F%2Fdialnet.unirioja.es%2Fdescarga%2Farticulo%2F483 
5481.pdf&usg=AFQjCNGHpHH6bGYXayfJXEnmQhkLOH 
Fx8Q&sig2=6Fa44z6q0tHsC1Bm_4EDsA&bvm=bv.1493977 
26,d.eWE 
 
[2] FLUJO DE POTENCIA TRIFASICO PARA SISTEMAS 
DE DISTRIBUCIÓN 
http://hrudnick.sitios.ing.uc.cl/paperspdf/munoz.pdf 
 
[3] REDES DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA. 
http://www.bdigital.unal.edu.co/3393/1/958-9322-86- 
7_Parte1.pdf 
 
[4] REGULADORES DE TENSIÓN. 
http://paginas.fisica.uson.mx/horacio.munguia/aula_virtual/Cu 
rsos/Instrumentacion%20II/Documentos/Regulacion%20volta 
je.pdf 
http://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q&esrc=s&sour
http://hrudnick.sitios.ing.uc.cl/paperspdf/munoz.pdf
http://www.bdigital.unal.edu.co/3393/1/958-9322-86-
http://paginas.fisica.uson.mx/horacio.munguia/aula_virtual/Cu