Mauro GonzlezIntroduccin a Sistemas de PotenciaMauro Antonio Gonzlez Sierra, M. EngUniversidad del NorteJulio de 2015Barranquilla - ColombiaMauro GonzlezGeneralidades y Conceptos Bsicos de SEPAspectos Regulatorios y Mercados de EnergaFrecuencia del SINEvolucin de los SEPAgendaGENERALIDADES Y CONCEPTOS BSICOS DE SEPMauro GonzlezEl proceso para hacer llegar la energa elctricadesde las fuentes hasta los consumidoresrequiere de estructuras complejasdenominadas Sistemas de Potencia.Definicin establecida por la Institute ofElectrical and Electronics Engineer (IEEE):Definicin de Sistemas de PotenciaUna red formada por unidades generadoras elctricas, cargas y/o lneas de transmisin de potencia, incluyendo el equipo asociado, conectado elctricamente o mecnicamente a la red.Mauro GonzlezCadena de Produccin de la Energa ElctricaMauro GonzlezLa potencia es una indicacin de cuanto trabajo(conversin de energa de una forma a otra)puede efectuarse en una cantidad especfica detiempo.La unidad elctrica de medicin para lapotencia es el watt (W), definido por:1 watt (W) = 1 joule/segundo (J/s)Potencia es determinada por: =

Concepto Bsico de PotenciaMauro GonzlezLa potencia entregada a cualquier dispositivoen funcin del tiempo est dada por elproducto del voltaje instantneo a travs deldispositivo y la corriente instantnea que pasapor el. = La energa se define como la integral de lapotencia: =

1

2 Potencia Instantnea y EnergaMauro GonzlezLa potencia entregada a una carga en cualquierinstante est definida por el producto delvoltaje aplicado y la corriente resultante, esdecir, = . Pero en corrientealterna, dado que e son cantidadessenoidales, se establece que: = sin +

= sin +

Potencia Elctrica en Corriente AlternaMauro GonzlezSi la carga es resistiva = 0

Si la carga es reactiva = 90

o = 90

Para obtener la potencia instantnea se tiene la siguiente ecuacin: = sin +

sin +

Potencia Elctrica en Corriente AlternaMauro GonzlezEs la energa capaz de producir trabajo til.Su smbolo es P, sus unidades son los Watts(W).Potencia promedio: =

2cos Donde Vmy Imson valores pico de voltaje y corriente.Potencia Activa (P)Mauro GonzlezTambin puede expresarse como: = cos Donde y son los valores eficaces del voltaje y la corriente.El ngulo de fase representa eldesfasamiento entre el voltaje y la corriente.Potencia Activa (P)Mauro GonzlezPotencia entregada a la carga sin considerar los efectos de un ngulo de potencia de carga. =

Su valor se expresa en voltamperes (VA).Potencia Aparente (S)Mauro GonzlezSe caracteriza por la acumulacin de energa,durante una mitad de ciclo y la devolucin dela misma durante la otra mitad.No produce un trabajo fsico directo, esnecesario para producir el flujoelectromagntico que pone en funcionamientoelementos tales como: motores,transformadores, lmparas fluorescente,equipos de refrigeracin y otros similares.Potencia Reactiva (Q)Mauro GonzlezEst dada por la siguiente formula: = sinDonde y con valores eficaces del voltaje y la corriente y el es el ngulo de fase entre y .Se mide en voltamperes reactivos (VAR).Potencia Reactiva (Q)Mauro GonzlezTriangulo de Potencia = 2 + 2cos =

tan =

Mauro GonzlezMediciones FasorialesMauro GonzlezEvolucin de la Industria de Energa ElctricaMauro GonzlezEl valor en por unidad de cualquier cantidad sedefine como la relacin de la cantidad a subase y se expresa como un decimal.Ejemplo: si se selecciona una base de voltajede 120 kV108 0.90 90.0%120 1.00 100%126 1.05 105%Cantidades en p.u.Mauro GonzlezCantidades en p.u.Mauro GonzlezDiagrama UnifilarASPECTOS REGULATORIOS Y MERCADOS DE ENERGAMauro GonzlezOnda internacional de implementacin de Mercados de EnergaChile fue el primero en introducir un mercado de energa en 1982Reformas extendidas hasta los 90s Contexto de Mercados InternacionalesLa implementacin de estas reformas eran motivadaspor la necesidad de entrada de nuevos inversionistas,debito al rpido crecimiento de la demanda.Mauro GonzlezLey 142 de 1994: Ley de servicios pblicos domiciliariosLa prestacin de servicios en manos del sectorprivado y el Estado se encarga de regular, controlary vigilar su prestacin.Objetivos:Competencia por niveles de gobierno, eficiencia,rgimen tarifario, institucionalidad de la regulacin.Reformas del Sector Elctrico ColombianoMauro GonzlezLey 143 de 1994: Ley Elctrica: define laestructura legal para la generacin,transmisin, distribucin y comercializacin deelectricidad.Promocin de la libre competencia en el sectorRegular monopoliosProteger derechos de los usuariosRegular y asegurar el cumplimiento de las normasambientalesReformas del Sector Elctrico ColombianoMauro GonzlezLey 143 de 1994 define los siguientes principiospara la industria de la electricidad:EficienciaCalidadAdaptabilidadContinuidadNeutralidadSolidaridadEquidadReformas del Sector Elctrico ColombianoMauro GonzlezDesverticalizacin de la Industria de ElectricidadGeneracinTransmisinDistribucinComercializacinMonopolio NaturalIncentivar la competencia entre generacin y comercializacinMauro GonzlezLos Agentes de la IndustriaGeneradores Actividad abierta para libre competencia No regulada econmicamente Garanta de libre acceso al sistema de transmisinTransmisin Permitir libre acceso a todos los generadores del mercado Actividad monopolista regulacin tcnica y econmica Entrada de nuevos proyectos de transmisin por licitacinDistribucin Libertad de acceso a los agentes del mercado Prestacin de un servicio distribucin de energa Actividad regulada tcnica y econmicamente Encargos de uso deben estimular el uso eficiente de la redComercializacin Compra y venta de energa Contratos de largo plazo x Mercado Spot? Abierta a la libre competencia competicin por contratos Precios negociados de acuerdo con la cantidad de energaMauro GonzlezInsumosEstructura del Mercado de ElectricidadProduccin Transporte Distribucin ConsumoAgente del MercadoGenerador ComercializadorMercado Mayorista de EnergaVentas en BolsaCompras en BolsaComercializador que atiende a el usuario finalFRECUENCIA DEL SINMauro GonzlezLa frecuencia de un sistemaelctrico est estrechamenterelacionada con el equilibrioentre generacin y carga.En rgimen permanente todoslos generadores sncronos de unared elctrica funcionan ensincronismo, es decir, lafrecuencia de giro multiplicadapor el nmero de pares de poloses igual a la frecuencia delsistema (60Hz).Generacin DemandaCarga 1Carga 2Gen. 1Gen. 2Frecuencia de un Sistema ElctricoMauro GonzlezEl incremento de la demanda slo puedeobtenerse de la energa cintica de lasmaquinas rotativas.Balance de EnergaPotencia aportada por la turbinaSistema elctrico, incluidas las mquinas rotativas Potencia demandada porlas cargasMauro GonzlezControl Automtico de FrecuenciaMauro GonzlezConsiderando un sistema en rgimen permanenteFrecuencia = 60 HzDemanda = 10000 MWWc = 100000Aumento de la demanda en 100 MW:

= 100Ejemplo numricoMauro GonzlezInstante inicial:

= 12

2

=

= 212

2

= 2 100000 1

: Inercia de las maquinas rotativas: Frecuencia en radianes por segundos1

=1002 100000 = 0.00051Ejemplo numricoMauro GonzlezEn el sistema considerado, un incremento de100 MW, es decir del 1% de la demanda, lleva aun decremento de la frecuencia a una razn de0.05% cada segundo.0.0005 1 60 = 0.03

= 1.8

Ejemplo numricoEn caso de no actuar algn mecanismo corrector, est pequea variacin provocara un colapso del sistema en pocos minutos!!!Mauro GonzlezControl de FrecuenciaCaracterstica de control de velocidad gobernador de una unidad generadora.

2

1Pendiente= -RSin cargaSalida nominal

,

0

=

+

()Punto InicialNuevoFinal

= 2 1 /

/

=

= 2 1

/ =

=

Mauro GonzlezDos unidades de generacin trmica estn operandoen paralelo a 60 Hz para alimentar una carga total de700 MW. La unidad 1, que tiene una salida nominal de600 MW y caracterstica de 4% de pendientedecreciente, suministra 400 MW, y la unidad 2, quetiene una salida nominal de 500 MW y 5% dependiente decreciente, suministra los restantes 300MW de la carga. Determine la nueva cargabilidad decada unidad y el cambio comn de frecuencia antesde que ocurra cualquier accin de controlsuplementaria, si la carga total se incrementa a 800MW.EjercicioMauro GonzlezLas lneas de intercambio permiten compartir las fuentes de generacin.El intercambio neto de potencia en las lneasde interconexin de un rea es la diferenciaalgebraica entre la generacin del rea y lacarga del rea.Control Automtico de Generacin~ ~Mauro GonzlezIntercambios del SINMauro GonzlezGRAINGER/ STEVENSON. Anlisis de Sistemas de Potencia.1996IEEETransactions on power systemsIEEE transactions on power deliberyhttp://www.upme.gov.co/http://www.creg.gov.co/Referencias BibliogrficasMauro GonzlezAsk a lot of questions!Thanks!