Analisis de Sistemas Eléctricos 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 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, 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, 2º Edición, Editorial McGraw-Hill, México,
1998. 789 págs.
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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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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
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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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
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
Descripción general del contenido del curso.
1.1
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
4.0
Subtotal 3.0
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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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
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
Introducción al cálculo de flujos de Potencia
2.1
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
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
EC
15.0
1B, 2B, 3B y 4C
15.0
14.0
Subtotal 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 %.
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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
Introducción al despacho económico de carga
3.1
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
18.0
Subtotal 9.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Consultas bibliográficas sobre despacho económico de la carga.
Identificación de los coeficientes de pérdidas que generan penalización en la distribución 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 %.
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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
Introducción al estudio de corto circuito.
4.1
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
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
T
0.5
HORAS
P
1.0
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
EC
12.0
1B, 2B, 3B y 4C
2.0
1.0
1.5
1.5
2.0
3.0
2.0
3.0
3.5
12.0
9.0
Subtotal 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 %
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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
Introducción al estudio de estabilidad en SEP.
5.1
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
9.0
Subtotal 15.0
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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DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA: Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia I
CLAVE:
HOJA: 8 DE 10
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
PRACT.
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
No.
Programa de representación de sistemas por
1
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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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR
ASIGNATURA: Análisis de Sistemas Eléctricos de Potencia I
PERÍODO
1er
UNIDAD
I y II
2º
III y IV
3º
V
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
1
X
BIBLIOGRAFÍA
Gómez Expósito, A. Análisis y Operación de Sistemas de Energía Eléctrica, Editorial
McGraw Hill España 1992. 568 págs.
2
X
Glenn W. Stagg and Ahmed H. El-Abaid, Computer Methods in Power System
Analysis, Mc. Graw Hill, Kogakusha Ltd, 1968. 568 págs.
3
4
B
CLAVE:
C
X
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.
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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:
SEMESTRE
C. INGENIERÍA
Potencia
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