1 generalidades de los sistemas de potencia (1)
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1. Pares de transformada de Laplace Escalón unitario l(t) -at p-l7 (n-l)! e (n = 1,2,3,. . .) (s + ay ,1, (e-a’ - e-bt) 1 8 (s + a)(s + b) ; 1 + ;h (be-“‘- ae-b’) [ 1 1 9 s(s + a>(s + b) 6J 10 sen wt s2 + cLl2 s l l cos ot s2 + w2 12 ecaz sen wt (s + a; + cO2 s+a 13 epat cos ot (s + ay + w2 2 14 & e-@nt sen w,W t % s2 + 24%J,s + co; - &e-@n’ sen (w, w t - 4) y? S 1.5 4 = tan 5 s2 + 25WJ + 0; e-@nf sen (0, m t + qb) 16 2 0, s(s2 + 25WnS + w;>2. Propiedades de la transformada de Laplace 3 k=l 4 5 6 7 8 9 10 ce [f 1Of(t) dt = FO s f(t) dt = ‘@. F(s) si Ce [emat f(t)] = F(s + a) Ce If(t - a)l(t - a)] = e-aF(s) aZ0 ce [tf (t)] = - d!y l l 12 55 [Pf (t)] = (-1)” g F(s) n = 1,2,3,. . . -F(s)ds 1 si lííq 7 f(t) existe 13 14 15 =aF(us) 22 - t)fz( t) d t = F&)F;?(s) 1 ~[fMt)l = &s::p F(p)G(s -P)&3. Ingeniería de control moderna4. Ingeniería de control moderna Tercera edición Katsuhiko Ogata University of Minnesota TRADUCCIÓN: Miguel Ángel Martínez Sarmiento Traductor profesional REVISIÓN TÉCNICA: Ing. Francisco José Rodríguez Ramírez Ingeniero Mecánico Electricista Facultad de Ingeniería Universidad Nacional Autónoma de México M6XICO l ARGENTINA l BRASIL l COLOMBIA l COSTA RICA l CHILE ESPAÑA l GUATEMALA l PERÚ l PUERTO RICO l VBNBZ~LA5. EDICIÓN EN ESPMOL: SUPERVISOR DE TRADUCCIÓN: CARLOS TALANCÓN ESPINOSA SUPERVISOR DE PRODUCCIÓN: MAGDIEL GÓMEZ MARINA EDICIÓN EN INGLÉS: Publisher: Tom Robbins Associate editor: Alice Dworkin Production editor: Ann Marie Longobardo Cover Designer: Bruce Kenselaar Manufacturing Buyer: Donna Sullivan OGATA: INGENIERÍA DE CONTROL MODERNA, 3a. Ed. Traducido del inglés de la obra: MODERN CONTROL ENGINEERING, Third Edition Al1 rights reserved. Authorized translation from English language edition published by Prentice-Hall, Inc. A Simon & Schuster Company. Todos los derechos reservados. Traducción autorizada de la edición en inglés publicada por Prentice-Hall, Inc. A Simon & Schuster Company. All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information storage and retrieval system, without permission in writing from tbe publisher. Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio o método sin autorización por escrito del editor. Derechos reservados 0 1998 respecto a la tercera edición en español publicada por: PRENTICE-HALL HISPANOAMERICANA, S.A. Calle 4 No. 25 - 2” piso, Fracc. Industrial Alce Blanco 53370 Naucalpan de Juárez, Edo. de México ISBN 970-17-0048-1 PROGRAMAS EWCATIVOS. S. A. DE C.V. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial, Reg. Núm. 1524. CAU. CHABACANO lb. 65, LOCAL A COL. AST”RYS.DELEG. CUAUHTEMOC. C.P. 06850, MEXICO. D.F. Original English Language Edition Published by Prentice-Hall, Inc. A Simon & Schuster Company Copyright 0 MCMXCVII Al1 rights reserved ISBN 0-13-227307-1 EMPRESA CERTIFICADA POR EL INSTITUTO MEXICANO DE NORMMIZACl6N Y CERTlFICACl6NA.C.. SAJO LA NORMA ISOIMM: WWNMXGC~: 1995 CON EL No. DE REGISTRO R?&W mo cl IMPRESO EN MÉXICO / PlUNTED IN MEXICO6. Prefacio Capitulo 1 Introducción a los sistemas de control l-l Introducción 1 1-2 Ejemplos de sistemas de control 3 1-3 Control en lazo cerrado en comparación con el control en lazo abierto 6 1-4 Diseño de los sistemas de control 8 1-5 Panorama del libro 9 Ejemplo de problemas y soluciones 10 Problemas ll Capítulo 2 La transformada de Laplace 2-1 Introducción 13 2-2 Panorama de las variables complejas y las funciones complejas 14 2-3 Transformada de Laplace 17 2-4 Teoremas de la transformada de Laplace 27 2-5 Transformada inversa de Laplace 35 2-6 Expansión en fracciones parciales con MATLAB 41 ... XI11 1 13 vii7. 2-7 Solución de ecuaciones diferenciales lineales e invariantes con el tiempo 44 Ejemplo de problemas y soluciones 46 Problemas 55 Capítulo 3 Modelo matemático de sistemas lineales 3-1 Introducción 57 3-2 Función de transferencia y de respuesta impulsTRANSCRIPT
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INTRODUCCIN A LOS SISTEMAS ELCTRICOS DE POTENCIA:UN PANORAMA GENERALM.Sc. OSCAR DANILO MONTOYA GIRALDOFEBRERO DE 2015UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE PEREIRA
INTRODUCCIN SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA2Un Sistema Elctrico de Potencia (SEP) es el conjunto de instalaciones y equipos utilizados en las etapas de generacin, transmisin, subtransmisin y distribucin de energa elctrica.
INTRODUCCIN SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA3La funcin del SEP es cumplir con los requisitos de demanda de energa elctrica, al menor costo posible y con niveles aceptables de calidad, seguridad y confiabilidad. Requisitos de demandaContar con la infraestructuraAtender a todos los usuariosMinimizar cortes de cargaMenor costo posible InversinOperacin Niveles aceptables deCalidadMagnitudForma de OndaGENERACIN4Su funcin principal es transformar algn tipo de energa primaria en energa elctrica. La tabla 1 presenta algunos ejemplos de energa primaria utilizada en la generacin de electricidad:ConvencionalesNo ConvencionalesPetrleoSolarCarbnElicaGas NaturalGeotrmicaNuclearMareomotrizHidrulicaTabla 1. Ejemplos de energa primariaCONSUMO ENERGTICO MUNDIAL (ELECTRICIDAD)5El consumo de energa elctrica est directamente relacionado con el desarrollo econmico de los pases.Figura 1. Energa elctrica en Amrica Latina1
Tomado de OLADE : http://egresadoselectronicaunc.blogspot.com/2013/03/potencia-electrica-instalada-en-los.htmlGENERACIN EN COLOMBIA6Colombia presenta una capacidad de generacin de aproximadamente 14.450 MW. La figura 1 muestra la participacin porcentual de acuerdo al tipo de planta generadora.
Figura 2. Capacidad segn el tipo de tecnologa11- Tomado de Informe Mensual de Evolucin de Variables de Generacin. Unidad de Planeamiento Minero Energtico. Julio de 2012. Disponible en: http://www.siel.gov.co/portals/0/Boletin%20UPME%20Julio%202012.pdf GENERACIN ELICA7Parque Elico Jepirachi - GuajiraCapacidad 19.5 MW
GENERACIN HIDRULICA - TRMICA8Central San Carlos AntioquiaCapacidad 1240 MW
Planta TEBSA BarranquillaCapacidad 870 MW
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GENERACIN HIDRULICA - EMBALSESistema de generacin hdrico10GENERACIN TRMICA
Sistema de generacin trmicaGENERACIN SOLAR - TRMICA11
Planta Solar PS20 Sevilla, EspaaCapacidad 20 MW1255 espejos de 120 metros cuadrados cada uno
Torre de 125 metros de alturaTRANSMISIN Y SUBTRANSMISIN12Las redes de transmisin y subtransmisin tienen como objetivo unir los centros de generacin y de consumo, transportando grandes cantidades de energa con las menores prdidas posibles. Generalmente, presentan topologas enmalladas.Clasificacin ANSI segn tensin de operacinTransmisinTensin > 115 kVSubtransmisin34.5 kV < Tensin 115 kVDistribucinTensin 34.5 kV2- ANSI: American National Standards Institute. Tomado de: Electric Power Transmission System Engineering. Analysis and Design. Turan Gnen. Clasificacin ANSI segn tensin nominalBaja TensinTensin mx. 1 kVMedia Tensin1 kV < Tensin mx. 72.5 kVAlta Tensin72.5 kV < Tensin mx. 345 kVExtra Alta Tensin345 kV < Tensin mx. 765 kVUltra Alta TensinTensin mx. > 765 kVTensiones Nominales Tpicas en Colombia13.2 kV33 kV69 kV115 kV230 kV500 kV2TRANSMISIN Y SUBTRANSMISIN13La Comisin de Regulacin de Energa y Gas (CREG), establece la siguiente diferenciacin para los niveles de tensin:Clasificacin por Actividades segn la CREGTransmisinTensin 220 kVSubtransmisin y DistribucinTensin < 220 kVNiveles de Tensin segn la CREGNivel 1Tensin < 1 kVNivel 21 kV Tensin < 30 kVNivel 330 kV Tensin 62 kVNivel 4Tensin 62 kVTensiones Nominales Tpicas en Colombia13.2 kV33 kV69 kV115 kV230 kV500 kV14LNEA DE TRANSMISIN Grupos de circuitos en Atacama, Chile
15 Lnea doble circuito USA Torre mltiples circuitos USA
LNEA DE TRANSMISIN
DISTRIBUCIN16El sistema de distribucin tiene como objetivo llevar la energa elctrica hasta los puntos de conexin de los usuarios finales. Generalmente presentan topologas radiales y operan a tensiones inferiores a 34.5 kV.
Las redes de distribucin estn conformadas por:
Alimentadores Primarios (tensiones entre 2.4 kV y 34.5 kV)Alimentadores Secundarios (tensiones de 120 V, 208 V y 240 V)
Alimentadores Primariosy Secundarios17La red de distribucin secundaria se conecta a la red primaria a travs de transformadores trifsicos o monofsicos:
Red secundaria alimentada por transformador trifsicoTransformador Trifsico. Conexin Tringulo - EstrellaDISTRIBUCIN18
Transformador trifsico ConvencionalTransformador trifsicoen poste
DISTRIBUCIN19La red de distribucin secundaria se conecta a la red primaria a travs de transformadores trifsicos o monofsicos: Red secundaria alimentada por transformador monofsico
Transformador Monofsico conectado en primario a tensin lnea-lnea DISTRIBUCIN20Transformador MonofsicoConvencionalTransformador Monofsicoen poste
DISTRIBUCINCOMPONENTES DEL SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA21El nmero de componentes y la funcionalidad de los mismos dentro del SEP vara de un sistema a otro, dependiendo de la importancia de la instalacin y la tecnologa disponible. De forma muy general se puede realizar la siguiente clasificacin funcional:1. Componentes Principales2. Equipos de Corte y Maniobra3. Equipos de Medicin4. Equipos de Proteccin5. Equipo de Control6. Equipo de Comunicaciones y Servicios Auxiliares7. Subestaciones21COMPONENTES PRINCIPALES22Plantas de GeneracinTransformadoresEquipos de Compensacin ReactivaLneasHidroelctricasTermoelctricasNo convencionalesPotenciaDistribucinBancos de CondensadoresReactoresCondensadores SncronosTransmisinSubtransmisinDistribucin23
Transformador de PotenciaBancos de Condensadores
COMPONENTES PRINCIPALES24Reactor ShuntCondensador Sncrono
COMPONENTES PRINCIPALES25Lneas de TransmisinLneas de Subtransmisin
COMPONENTES PRINCIPALES26Estos equipos permiten realizar las maniobras de conexin y desconexin de los equipos elctricos principales en condiciones de operacin normal o bajo falla. Algunos ejemplos seran:
Interruptores de PotenciaSeccionadoresReconectadoresCortacircuitosEQUIPOS DE CORTE Y MANIOBRA27Interruptores de PotenciaSeccionadores
EQUIPOS DE CORTE Y MANIOBRA28ReconectadoresFusibles
EQUIPOS DE CORTE Y MANIOBRA29Los equipos de medicin toman medidas de inters del sistema de potencia y las convierten en seales analgicas y/o digitales de bajo rango. Ejemplos de equipos de medicin seran:
Transformadores de PotencialTransformadores de CorrienteMedidoresAnalizadores de SealesEQUIPOS DE MEDICIN30Transformadores de Potencial (izq.) Transformadores de Corriente (der.)
EQUIPOS DE MEDICIN31Medidores y Analizadores de Seales
EQUIPOS DE MEDICIN32Estos equipos detectan fallas o condiciones anormales en los sistemas elctricos de potencia y realizan alguna accin sobre el mismo. Algunos ejemplos seran:
Rels de ProteccinDescargadores de Sobretensin (o DPS)EQUIPOS DE PROTECCIN33Rel de ProteccinDescargadores de Sobretensin
EQUIPOS DE PROTECCIN34Los equipos de control permiten controlar la operacin de los equipos principales del sistema de potencia. Algunos ejemplos se listan a continuacin:
Reguladores de VelocidadReguladores de TensinControladores Lgicos Programables (PLC)Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)
EQUIPOS DE CONTROLEQUIPOS DE COMUNICACIONES Y SERVICIOS AUXILIARES35Los equipos de comunicacin se encargan de la transmisin y recepcin de las seales de medicin, control y proteccin. Como ejemplos se encuentran:
MicroondasRadiosTelfonos
Los equipos auxiliares corresponden a las fuentes de alimentacin de los equipos principales, como por ejemplo:
Bancos de baterasPlantas de emergenciaTableros de distribucin
36Una subestacin elctrica es una instalacin destinada a modificar, establecer y supervisar los niveles de tensin, corriente y potencia (generalmente), de una infraestructura elctrica.
SUBESTACIONESREA CQR DIAGRAMA UNIFILAR37
rea Caldas - Quindo RisaraldaReferencia: Plan de Expansin Generacin Transmisin 2010-2024. Unidad de Planeacin Minero Energtica (UPME) 220 kV
115 kV
Proyectos de ExpansinSITIOS DE INTERS38Visitar las paginas web de:
La Comisin de Regulacin de Energa y Gas [CREG]:La Unidad de Planeacin Minero-Energtica [UPME]:Expertos en Mercados [XM]Empresas de energa colombianas [CHEC, EDEQ, EEP]PREGUNTAS39
40OFICINA E-244(Sala de maestra en Ingeniera Elctrica)Profesor: Oscar Danilo Montoya GiraldoCorreo: [email protected]: www.blog.utp.edu.co/odmgiraldo GRACIAS