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MODELO REDUCIDO DE UNA UNIDAD DE POTENCIA ININTERRUMPIDA

TRIFÁSICA PARA EL SOFTWARE EMTP-RV

JOHAN FERNEY CASTILLO GONZALEZ

CRISTIAN DANIEL ROJAS ROJAS

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLÓGIA EN ELECTRICIDAD BOGOTÁ D.C.

2018

MODELO REDUCIDO DE UNA UNIDAD DE POTENCIA ININTERRUMPIDA

TRIFÁSICA PARA EL SOFTWARE EMTP-RV

JOHAN FERNEY CASTILLO GONZALEZ

CRISTIAN DANIEL ROJAS ROJAS

TRABAJO DE GRADO

PRESENTADO COMO REQUISITO

PARA OPTAR POR EL TITULO DE TECNOLOGO EN ELECTRICIDAD

ING. HELMUTH EDGARDO ORTIZ SUAREZ

DIRECTOR DEL PROYECTO

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLÓGIA EN ELECTRICIDAD BOGOTÁ D.C.

2018

Nota de Aceptación

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_____________________________ Ingeniero Helmuth E. Ortiz Suarez

Director

_____________________________ Ingeniero Henry F. Ibáñez Olaya

Jurado

Bogotá, 2018

AGRADECIMIENTOS

A la Universidad Distrital Francisco José de Caldas por todas las herramientas

brindadas para mi formación como Tecnólogo.

Al Ingeniero Helmuth Edgardo Ortiz e Ingeniero José Danilo Rairán por sus

orientaciones y significativos aportes en la ejecución de este proyecto, logrando

despertar motivación para trabajar diferentes perspectivas.

Al Ingeniero Raul Montaña por el soporte brindado en cuanto al software necesario

en la elaboración del proyecto.

Al soporte de EMTP-RV por su orientación y ayuda en el manejo de este software,

adquiriendo habilidades para el desarrollo de este proyecto.

TABLA DE CONTENIDO

CAPITULO 1 .............................................................................................................................................. 1

1.1 RESUMEN ........................................................................................................................................... 1 1.2 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................. 2 1.3 OBJETIVOS ......................................................................................................................................... 3

1.3.1 Objetivo General ............................................................................................................................ 3 1.3.2 Objetivos Específicos ..................................................................................................................... 3

1.4 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................................... 4 1.5 ¿QUÉ ES UNA UPS? ................................................................................................................................ 4 1.6 PARTES DE UNA UPS ............................................................................................................................... 5

1.6.1 Rectificador ..................................................................................................................................... 5 1.6.2 Cargador o batería ......................................................................................................................... 5 1.6.3 Inversor............................................................................................................................................ 5 1.6.4 Conmutador de dos posiciones (By-pass) ................................................................................. 5

1.7 TIPOS DE UPS ......................................................................................................................................... 6 1.7.1 Off-line o standby ........................................................................................................................... 6 1.7.2 Line-interactive ............................................................................................................................... 6 1.7.3 On-line double conversión ............................................................................................................ 7

1.8 MODO DE OPERACIÓN DE UNA UPS ........................................................................................................ 8 1.8.1 Modo de operación normal ........................................................................................................... 8 1.8.2 Modo de operación con baterías ................................................................................................. 8 1.8.3 Modo de operación con double conversion ............................................................................... 9

CAPITULO 2 ............................................................................................................................................ 10

2.1 ESTUDIO DEL MODELO DE UPS EN ETAP 16.0.0 ................................................................................. 10 2.1.1 Info page. ...................................................................................................................................... 11 2.1.2 Rating page. ................................................................................................................................. 11

2.1.2.1 AC Rating ............................................................................................................................................... 11 2.1.2.2 Output ..................................................................................................................................................... 12 2.1.2.3 Input ........................................................................................................................................................ 12 2.1.2.4 DC Rating ............................................................................................................................................... 13

2.1.3 Loading page. ............................................................................................................................... 14 2.1.4 Short-Circuit impedance page. .................................................................................................. 15

2.1.4.1 SC Contribution to AC System ............................................................................................................ 15 2.1.4.2 SC Contribution to DC System ............................................................................................................ 15

2.2 SIMULACIÓN REALIZADA EN ETAP 16.0.0 CON UPS TRIFÁSICA. ......................................................... 16 2.2.1 Equivalente de RED .................................................................................................................... 17 2.2.2 Transformador .............................................................................................................................. 18 2.2.3 UPS trifásica ................................................................................................................................. 19 2.2.4 Carga estática .............................................................................................................................. 20

CAPITULO 3 ............................................................................................................................................ 21

3.1 MODELO REDUCIDO DE UPS TRIFÁSICA ................................................................................................ 21 3.2 PASOS PARA CONSTRUCCIÓN DE LA UPS EN EMTP-RV ..................................................................... 23

3.2.1 Diseño del subsistema ................................................................................................................ 23

3.2.1.1 Entradas ................................................................................................................................................. 23 3.2.1.2 Constantes ............................................................................................................................................. 24 3.2.1.3 Salidas .................................................................................................................................................... 24

3.2.2 Programación del subsistema .................................................................................................... 24 3.2.3 Diseño de UPS en EMTP-RV .................................................................................................... 26

3.2.3.1 Entradas ................................................................................................................................................. 26 3.2.3.2 Salidas .................................................................................................................................................... 26

3.3ELEMENTOS USADOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL MODELO DE UPS TRIFÁSICA ................................ 28 3.3.1 Voltage v (t), 3-phase .................................................................................................................. 28 3.3.2 Control signal scope .................................................................................................................... 28 3.3.3 Power P (t), 3-phase ................................................................................................................... 29 3.3.4 Power Q (t), 3-phase ................................................................................................................... 29 3.3.5 Controlled 3-phase breaker ........................................................................................................ 29 3.3.6 Page con signal ............................................................................................................................ 30 3.3.7 RLC ................................................................................................................................................ 30 3.3.8 F(u) ................................................................................................................................................. 31 3.3.9 Simulink DLL................................................................................................................................. 31 3.3.10 AC voltaje source (3-phase) .................................................................................................... 32 3.3.11 Subcircuit .................................................................................................................................... 32

CAPITULO 4 ............................................................................................................................................ 33

4.1 SIMULACIÓN REALIZADA EN EMTP-RV CON UPS TRIFÁSICA. ............................................................. 33 4.1.1 Fuente trifásica ............................................................................................................................. 34 4.1.2 Transformador trifásico ............................................................................................................... 35 4.1.3 UPS Trifásica ................................................................................................................................ 36 4.1.4 Carga RLC trifásica ..................................................................................................................... 37

4.2 SIMULACIÓN UPS TRIFÁSICA CON BY-PASS ON ................................................................................... 38 4.3 SIMULACIÓN UPS TRIFÁSICA CON BY-PASS OFF ................................................................................. 38 4.4 SIMULACIÓN UPS TRIFÁSICA EN CONDICIÓN DE SERVICIO ................................................................... 38 4.5 CUADRO COMPARATIVO ENTRE LOS DOS TIPOS DE MODELO DE UPS TRIFÁSICA ................................ 39 A CONTINUACIÓN SE ILUSTRA UN CUADRO COMPARATIVO ENTRE EL MODELO DE UPS TRIFÁSICA YA

EXISTENTE DEL SOFTWARE ETAP 16.0.0 Y EL MODELO DE UPS TRIFÁSICA DESARROLLADO EN ESTE

PROYECTO EN EL SOFTWARE EMTP-RV. .................................................................................................... 39

ANEXOS ................................................................................................................................................... 40

1.1 ¿QUÉ ES EMTP – RV? ......................................................................................................................... 40 1.2 VENTAJAS ............................................................................................................................................... 41 1.3 INICIANDO EL PROGRAMA ....................................................................................................................... 41 1.4 BARRA DE HERRAMIENTAS ..................................................................................................................... 42 1.5 BIBLIOTECAS INCORPORADAS ................................................................................................................ 44 1.6 EDICIÓN DE UN CIRCUITO ....................................................................................................................... 45

1.6.1 Simulación del circuito ................................................................................................................ 46 1.6.2 Construcción de un subcircuito .................................................................................................. 49 1.6.3 Crear una biblioteca en EMTP-RV ............................................................................................ 50 1.6.4 Guardar subcircuito o modelo en la biblioteca del software EMTP-RV ............................... 51 1.6.5 Como pasar un modelo de Simulink (MATLAB) a EMTP_RV .............................................. 53

CONCLUSIONES .................................................................................................................................... 57

GLOSARIO .............................................................................................................................................. 58

REFERENCIAS ....................................................................................................................................... 59

FIGURAS

FIGURA 1 UPS OFF-LINE .................................................................................................................................... 6 FIGURA 2 UPS LINE-INTERACTIVE ..................................................................................................................... 7 FIGURA 3 UPS ON-LINE DOUBLÉ CONVERSION ................................................................................................. 7 FIGURA 4 UPS EN MODO DE OPERACIÓN NORMAL ............................................................................................ 8 FIGURA 5 UPS MODO DE OPERACIÓN CON BATERÍAS ....................................................................................... 8 FIGURA 6 FUNCIONAMIENTO DE UNA UPS DOUBLÉ CONVERSIÓN ...................................................................... 9 FIGURA 7 MENÚ EDITOR DEL BLOQUE UPS ETAP 16.0.0 .............................................................................. 10 FIGURA 8 MENÚ EDITOR RATING PAGE............................................................................................................ 13 FIGURA 9 MENÚ EDITOR LOADING PAGE ......................................................................................................... 14 FIGURA 10 MENÚ EDITOR SC IMP PAGE .......................................................................................................... 15 FIGURA 11 SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE POTENCIA INCLUYENDO UNA UPS TRIFÁSICA ........................... 16 FIGURA 12 EDITOR DEL EQUIVALENTE DE RED 11.4KV ................................................................................. 17 FIGURA 13 EDITOR DEL TRANSFORMADOR 500KVA ....................................................................................... 18 FIGURA 14 EDITOR DE LA UPS TRIFÁSICA ...................................................................................................... 19 FIGURA 15 EDITOR DE LA CARGA ESTÁTICA .................................................................................................... 20 FIGURA 16 MODELO DE UPS TRIFÁSICA EN EMTP-RV .................................................................................. 21 FIGURA 17 SUBSISTEMA PROGRAMADO MEDIANTE EL SOFTWARE MATLAB-SIMULINK ................................ 23 FIGURA 18 CONDICIONES DEL SUBSISTEMA EN MATLAB .............................................................................. 25 FIGURA 19 ESQUEMA DE UPS EN EMTP-RV ................................................................................................. 27 FIGURA 20 VOLTAGE V (T) 3-PHASE DEL SOFTWARE EMTP-RV .................................................................... 28 FIGURA 21 CONTROL SIGNAL SCOPE DEL SOFTWARE EMTP-RV ................................................................... 28 FIGURA 22 POWER P (T) 3-PHASE DEL SOFTWARE EMTP-RV ...................................................................... 29 FIGURA 23 POWER Q (T) 3-PHASE DEL SOFTWARE EMTP-RV ...................................................................... 29 FIGURA 24 CONTROLLED 3-PHASE BREAKER DEL SOFTWARE EMTP-RV ...................................................... 29 FIGURA 25 PAGE CON SIGNAL DEL SOFTWARE EMTP-RV ............................................................................. 30 FIGURA 26 CARGA RLC DEL SOFTWARE EMTP-RV....................................................................................... 30 FIGURA 27 F (U) DEL SOFTWARE EMTP-RV ................................................................................................... 31 FIGURA 28 SIMULINK DLL DEL SOFTWARE EMTP-RV.................................................................................... 31 FIGURA 29 AC VOLTAJE SOURCE 3-PHASE DEL SOFTWARE EMTP-RV......................................................... 32 FIGURA 30 AC VOLTAJE SOURCE 3-PHASE DEL SOFTWARE EMTP-RV......................................................... 32 FIGURA 31 SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE POTENCIA INCLUYENDO UNA UPS TRIFÁSICA EN EMTP-RV ... 33 FIGURA 32 EDITOR DE LA FUENTE TRIFÁSICA 11.4KV .................................................................................... 34 FIGURA 33 EDITOR DEL TRANSFORMADOR TRIFÁSICO DY +30° .................................................................... 35 FIGURA 34 EDITOR DE LA UPS TRIFÁSICA ...................................................................................................... 36 FIGURA 35 EDITOR DE LA CARGA RLC TRIFÁSICA .......................................................................................... 37 FIGURA 36 ICONO DEL SOFTWARE EMTPWORKS ........................................................................................... 40 FIGURA 37 ICONO DEL SOFTWARE SCOPEVIEW .............................................................................................. 40 FIGURA 38 OPCIONES QUE BRINDA LA VENTANA DE INICIO DE EMTP-RV ..................................................... 41 FIGURA 39 BARRA DE HERRAMIENTAS DE TRABAJO ........................................................................................ 42 FIGURA 40 BARRA DE HERRAMIENTAS DE OPCIONES ...................................................................................... 42 FIGURA 41 BARRA DE HERRAMIENTAS DE VISTA EMTPWORKS ..................................................................... 43 FIGURA 42 BARRA DE HERRAMIENTAS DE DISEÑO EMTPWORKS .................................................................. 43

FIGURA 43 BARRA DE HERRAMIENTAS DE SIMULACIÓN EMTPWORKS .......................................................... 43 FIGURA 44 LIBRERÍA DE EMTPWORKS ........................................................................................................... 44 FIGURA 45 LIBRERÍA DE EMTPWORKS ........................................................................................................... 45 FIGURA 46 LIBRERÍA DE EMTPWORKS ........................................................................................................... 46 FIGURA 47 RUTA PARA VER LOS RESULTADOS EN SCOPEVIEW ...................................................................... 47 FIGURA 48 INTERFAZ DE SCOPEVIEW .............................................................................................................. 47 FIGURA 49 VOLTAJE Y CORRIENTE EN EL CAPACITOR ..................................................................................... 48 FIGURA 50 VOLTAJE Y CORRIENTE EN LA RESISTENCIA................................................................................... 48 FIGURA 51 VOLTAJE Y CORRIENTE EL INDUCTOR ............................................................................................ 49 FIGURA 52 SÍMBOLO DEL SUBCIRCUITO JUNTO A LAS ENTRADAS Y SALIDAS .................................................. 50 FIGURA 53 CREAR UNA LIBRERÍA EN EMTP-RV ............................................................................................. 51 FIGURA 54 MENÚ DE BIBLIOTECAS DEL SOFTWARE EMTPWOKRS ................................................................ 51 FIGURA 55 MODELO DE UNA UPS TRIFÁSICA AGREGADO A UNA LIBRERÍA DE USUARIO ................................ 52 FIGURA 56 BLOQUE DE UN SUBCIRCUITO EN MATLAB-SIMULINK .................................................................. 53 FIGURA 57 CONFIGURACIÓN DEL CÓDIGO EN MATLAB-SIMULINK ................................................................. 54 FIGURA 58 MENÚ DE PARÁMETROS IMPORTAR CONTANTES DESDE SIMULINK ............................................... 55 FIGURA 59 SIMULINK DLL DE EMTP-RV PARA IMPORTAR ARCHIVOS (.DLL) DESDE SIMULINK ..................... 56 FIGURA 60 MODELO CREADO A PARTIR DE ARCHIVOS (.DLL) EN EMTP-RV .................................................. 56

ECUACIONES

ECUACIÓN 1 ...................................................................................................................................................... 11 ECUACIÓN 2 ...................................................................................................................................................... 12 ECUACIÓN 3 ...................................................................................................................................................... 12 ECUACIÓN 4 ...................................................................................................................................................... 12 ECUACIÓN 5 ...................................................................................................................................................... 12 ECUACIÓN 6 ...................................................................................................................................................... 13 ECUACIÓN 7 ...................................................................................................................................................... 14 ECUACIÓN 8 ...................................................................................................................................................... 14 ECUACIÓN 9 ...................................................................................................................................................... 15 ECUACIÓN 10 .................................................................................................................................................... 15 ECUACIÓN 11 .................................................................................................................................................... 24 ECUACIÓN 12 .................................................................................................................................................... 24 ECUACIÓN 13 .................................................................................................................................................... 25 ECUACIÓN 14 .................................................................................................................................................... 25 ECUACIÓN 15 .................................................................................................................................................... 25

TABLAS

TABLA 1 PRUEBAS DE TENSIÓN DE ENTRADA Y SALIDA EN ETAP 16.0.0 ....................................................... 22 TABLA 2. PRUEBAS DE TENSIÓN DE ENTRADA Y SALIDA EN EMTP-RV EN MODO NORMAL DE SERVICIO. ..... 38 TABLA 3. CUADRO COMPARATIVO UPS TRIFÁSICA ETAP 16.0.0 Y UPS TRIFÁSICA EMTP-RV .................. 39

1

CAPITULO 1

1.1 Resumen

Actualmente la Universidad Distrital Francisco José De Caldas cuenta con un software llamado EMTP-RV, el cual permite realizar modelado y simulación de sistemas eléctricos de potencia. Es el software destinado al análisis de circuitos eléctricos especialmente en estado transitorio; permite modelar una gran cantidad de variables y elementos eléctricos para los sistemas monofásicos y trifásicos de potencia. Para el correcto estudio de cualquier proyecto realizado en este programa y en particular el de este, fue necesario hacer uso de dos programas; EMTP-RV y SCOPEVIEW. El primero de ellos ofrece un amplio conjunto de librerías en donde se puede encontrar diferentes elementos de circuitos eléctricos y de control, con los cuales es posible construir o modelar grandes sistemas de potencia para su posterior análisis. El segundo programa pero no menos importante es una herramienta adaptada para la visualización, procesamiento matemático y análisis de resultados de la simulación, que permite ver el comportamiento en el tiempo de las distintas variables de tipo eléctrico que se quiera. La pareja de programas con la que cuenta la Universidad en este momento tiene un costo aproximado de los US$2.000 anuales, aunque hoy por hoy la licencia que se tiene no es muy aprovechada por los estudiantes para la elaboración de proyectos de grado. Durante la formación como tecnólogo, el uso de programas destinados a brindar soporte en el estudio y simulación de sistemas de potencia estuvo apoyado por programas como lo son ETAP, NEPLAN y EMTP-RV. Luego de conocer las distintas herramientas ofrecidas por cada uno de ellos es lógico evidenciar diferencias en cuanto a su contenido y funcionamiento. Cada uno de los anteriores programas mencionados ofrece dentro de sus librerías distintos modelos eléctricos así como lo son generadores, transformadores, líneas de transmisión, impedancias, motores sincrónicos y motores DC , cargas eléctricas (definidas por potencia), unidades de potencia ininterrumpida(UPS), variadores de frecuencia, contactores, brakers, etc. Se analizó y comparo algunos de estos elementos eléctricos evidenciando que el software EMTP-RV actualmente no posee algún tipo de elemento eléctrico que se asemeje a una UPS trifásica como si lo tienen distintos software para simulación de sistemas eléctricos de potencia, es por ello que se vio la necesidad de implementar en ETMP-RV un modelo eléctrico que represente el comportamiento típico de una UPS Trifásica.

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Teniendo en cuenta lo anterior el propósito del proyecto consistió en realizar el modelo de una unidad de potencia ininterrumpida trifásica (UPS), de la manera más reducida posible e implementarlo en la librería de elementos eléctricos de EMTP-RV en donde actualmente dicho modelo no existe. Se elaboró a partir de la construcción de un modelo programado que permita simbolizar el comportamiento típico de estos equipos que en la actualidad se usan en todo tipo de lugares. Para ello también fue necesario hacer uso de un software secundario como lo fue MATLAB-SIMULINK, herramienta que permitió programar las condiciones y comportamiento típico de una UPS trifásica y exportar el código como un “DLL”, todo esto con base en las simulaciones y análisis previo en ETAP 16.0.0, para crear el modelo que se esperaba; cabe hacer la aclaración que el software EMTP-RV permite importar archivos con extensión “.dll” (Biblioteca de enlace dinámico) creados en Simulink y trabajarlos directamente desde el propio software. La construcción de un modelo de UPS permitirá tener una nueva herramienta de uso para EMTP-RV. Se estima que el desarrollo de este modelo duro seis meses, se quiere que esta iniciativa brinde una enseñanza para el manejo y estudio de este software, que es muy práctico para el modelamiento y estudio de sistemas eléctricos pero actualmente no es muy conocido y utilizado por los estudiantes de la universidad.

1.2 Introducción

Aunque el sistema de distribución de energía pública es bastante confiable en la mayoría de los países desarrollados, los estudios han demostrado que incluso los mejores sistemas de transmisión y distribución son inadecuados para satisfacer las necesidades en la demanda de energía eléctrica. En países subdesarrollados como Colombia la energía suministrada por el OP (operador de red) no es muy confiable para el usuario en ciudades como la costa caribe, donde quien suministra la red local no otorga con confiabilidad el nivel de tensión requerido para los residentes domiciliarios. Estos deben hacer uso de unidades de alimentación ininterrumpida para la protección de sus electrodomésticos y garantizar un buen sistema de energía en sus casas. La mayoría de las organizaciones y empresas, cuando se enfrentan con la probabilidad de tiempo de inactividad, y errores de procesamiento de datos causados por perturbaciones en la fuente de alimentación, elijen implementar un sistema de alimentación ininterrumpido (UPS) para asegurar la continua producción de su maquinaria y protección de su base de datos. La configuración de diseño en un sistema UPS varía según la necesidad, para ello existen UPS de diferentes tipos y tamaños. Utilizadas para alimentar diversos elementos industriales o electrónicos, como en maquinarias de producción con un

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tiempo de alimentación de hasta más de una hora para mantener un trabajo continuo de estas, aumentar sus años de uso y aumentar la producción; o los utilizados en computadoras para proteger base de datos y proteger el equipo, con un tiempo de alimentación de al menos quince minutos. Estos aspectos hacen que una unidad de alimentación ininterrumpida (UPS) sea necesaria para mantener la regularidad de tensión suministrada por la red y proteger los equipos y electrodomésticos del usuario. En el contenido de este documento se explicara y mostrara lo que fue la construcción de un modelo que simule el comportamiento típico de una UPS, los elementos y parámetros que son necesarios contemplar como base mínima para elaborar un diseño de este tipo. Se realizó una simulación en ETAP 16.0.0 y otra en EMTP-RV donde se pone a prueba cada uno de los elementos, es decir, el modelo ofrecido por el primero de los mencionados y el modelo que fue creado.

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo General

Diseñar un modelo reducido de una unidad de potencia ininterrumpida trifásica

(UPS) para el software EMTP-RV que permita controlar la variable de salida frente

a un diferente tipo de entrada de tensión como operación normal de esta.

1.3.2 Objetivos Específicos

1. Extraer un modelo dinámico teniendo como base datos experimentales

obtenidos por otro tipo de software que ya implementan este tipo modelo de

UPS reducido.

2. Desarrollar una función de transferencia que permita simular correctamente

el comportamiento de una UPS trifásica, cuando esta tiene o no una entrada.

3. Analizar y comparar los resultados arrojados del modelo de UPS construido

en EMTP-RV con respecto a otros tipos de modelos ya establecidos en otro

software.

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1.4 Justificación

El presente proyecto se justifica en la necesidad de crear y modelar elementos

eléctricos que hoy por hoy no se encuentran incluidos en programas para estudio

de sistemas de potencia, y que servirán como una nueva herramienta con la cual

se puede contar para distintos tipos de simulación y posterior análisis.

Se pretende diseñar e incorporar el modelo de una UPS Trifásica con el que

actualmente no cuenta el programa EMTP-RV y que puede dar solución al público

que requiera trabajar con elementos eléctricos de esta índole pero que se ven

limitados por no encontrar una herramienta de este tipo.

1.5 ¿Qué es una UPS? Conocido por sus siglas en inglés como “Uninterrupted Power System” (UPS), un sistema de alimentación ininterrumpida es un dispositivo electrónico que proporciona una alternativa en cuanto a energía eléctrica de alimentación a cualquier dispositivo que demande potencia, cuando hay fallas en la red. Condicionando la alimentación de entrada para que las caídas y sobretensiones demasiado comunes no dañen el equipo eléctrico sensible. Sin embargo, una UPS solo puede suministrar energía para una cantidad limitada de tiempo y este varía con respecto al tamaño o necesidad de los equipos que se desee proteger. Generalmente las UPS pequeñas utilizadas para proteger el hardware y la base de datos como de una computadora pueden suministrar energía entre un tiempo de 15 a 20 minutos, las UPS medianas usadas para sistemas de emergencia e iluminación pueden soportar el sistema durante 90 a 120 minutos y por ultimo las UPS grandes se considera un periodo de tiempo más largo y particularmente son utilizadas para equipos de proceso y alta potencia.

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1.6 Partes de una UPS Generalmente la UPS se compone de las siguientes partes.

1.6.1 Rectificador

Es un circuito eléctrico que tiene como objetivo dentro de su operación normal

transformar la corriente alterna de entrada (AC) a corriente continua (DC)

proporcionando así que las baterías de la UPS puedan ser cargadas y almacenar

energía.

Es un circuito de potencia de entrada que está compuesto por lo general de un

condensador de entrada, seguido de un circuito rectificador. Dado este tipo de

circuito con comportamiento no lineal, la entrada de corriente resultante termina

presentado muchos componentes armónicos de bajo orden.

1.6.2 Cargador o batería

Las baterías son claves para un sistema de alimentación ininterrumpida, su

funcionamiento se basa en respaldar la tensión de red de corriente alterna cuando

esta no se encuentra debido a perturbaciones o fallas del sistema y en el caso

contrario donde la tensión de red está presente las baterías deben estar fuera de

funcionamiento y cargada para cualquier situación.

Las baterías típicamente usadas en sistemas UPS son selladas de plomo acido

(SLA) y plomo regulado por válvula acida (VRLA). Este tipo de baterías están

herméticamente selladas, no requieren mantenimiento, proporcionan niveles altos

de corriente y operan de manera discontinua sin llegar al final de la descarga.

Estas baterías son de tipo estándar de 5 – 6 años de duración y las baterías de larga

duración de entre 10 – 12 años.

1.6.3 Inversor

Es un circuito eléctrico que tiene como objetivo dentro de su operación normal

transformar la corriente continua (DC) desde las baterías en corriente alterna (AC)

y de esta manera suministrar potencia a los dispositivos conectados aguas abajo

de la propia UPS.

1.6.4 Conmutador de dos posiciones (By-pass)

Es un selector o interruptor que permite conectar la salida directamente con la

entrada de la UPS, sin que intervenga ninguno de los componentes propios de la

unidad de potencia. Cuando la tensión de la red funciona normalmente y se requiere

intervenir la parte activa de la unidad es factible hacer uso de esta herramienta, es

decir, cerrar el by-pass haciendo la conexión directa entre la entrada y la salida de

manera que los componentes eléctricos de la unidad se puedan poner a disposición

de ser modificados o realizar un mantenimiento sin el riesgo de que la UPS se

6

encuentre energizada de la conectar la salida de la UPS con la salida del inversor

cuando hay ausencia de tensión; funcionando según sea la necesidad.

1.7 Tipos de UPS Hoy por hoy el desarrollo de las tecnologías y la electrónica de potencia ha mostrado

distintos avances en cuanto a dispositivos destinados a suplir demanda de energía

eléctrica. Existen así diferentes tipos de UPS tales como off-line, line-interactive, on-

line, double conversión, digital on-line, standby-ferro, doublé conversión on-line y

muchos otros. La mayoría de estos reciben su nombre debido a la tecnología

empleada en su diseño y a las necesidades del marketing.

Las diferentes configuraciones que puede tener una UPS fueron cambiando de

acuerdo a la necesidad y simplicidad de sus elementos, aunque hoy día no se usen

algunas de estas configuraciones basta mencionar algunos de los tipos de UPS más

generales; a continuación se explicaran 3 de los tipos más comunes.

1.7.1 Off-line o standby

Cuando la energía de la red local no presenta problemas en la entrada de la UPS la

salida es la misma. Esta trabajara como fuente ininterrumpida cuando no hay

entrada de voltaje y alimenta la carga a partir del inversor donde este a su vez se

alimenta de la batería para convertir la corriente continua en alterna, esta acción

generalmente toma unos pocos milisegundos.

Figura 1 UPS Off-line

Fuente: Guide Technical “Uninterrupted Power System” Legrand.

1.7.2 Line-interactive

Cuando la red de alimentación está en operación la entrada y la salida de la UPS

están separadas por un circuito de filtrado y estabilización llamado AVR (Regulador

de voltaje automático), donde los disturbios y variación de la forma de onda que se

presenta a la entrada se regulara un poco a la salida para proteger y aumentar la

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vida útil de las cargas conectadas a la UPS. Al igual que el sistema Off-line cuando

hay ausencia de energía o perturbaciones en la red la salida está conectada a un

inversor que a su vez se alimenta por las baterías para operar sin interrupción

alguna. Debido a esto los sistemas line-interactive tienden a ser más caros que los

Off-line.

Figura 2 UPS Line-interactive


1.7.3 On-line double conversión

Este tipo de sistema combina las dos básicas tecnologías de los modelos de UPS

descritos anteriormente. La entrada se rectifica convirtiendo la corriente en continua

y luego vuelve a convertirse en corriente alterna con un inversor para alimentar la

salida de la UPS. Como en los anteriores sistemas la transferencia de energía se

realiza de manera instantánea a medida que hay una interrupción. En el caso de

una sobrecarga u otros problemas eventuales este tipo de sistema tiene un Bypass

automático que asegura que la carga se alimente al cambiar directamente a la

entrada.

Figura 3 UPS On-line doublé conversion


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1.8 Modo de operación de una UPS

1.8.1 Modo de operación normal

El nivel de tensión que alimenta la entrada de la UPS esta entre lo permitido para

que el inversor y la batería no entre en funcionamiento, por lo tanto el voltaje de

entrada pasa por el filtro y energiza la carga a través del interruptor de transferencia

que se encuentra cerrado en este caso.

La corriente fluye desde la entrada hasta la carga y una pequeña cantidad de

corriente es rectificada por el cargador de baterías y utilizada para mantener las

baterías cargadas.

Figura 4 UPS en modo de operación normal

Fuente: Miguel Angel Estrada Vidales, electricasas, Funcionamiento de una ups off-line

1.8.2 Modo de operación con baterías

Cuando el nivel de tensión que alimenta la entrada de la UPS no está entre el rango

que suele ser más o menos del 15% del valor suministrado por el servidor regional

o cuando hay ausencia de tensión, la UPS entra en modo batería.

El control de la UPS regula la tensión de entrada y enciende el inversor, al mismo

tiempo que el interruptor de transferencia cambia de posición para tomar el camino

donde está conectada la batería y energizar la carga.

Figura 5 UPS modo de operación con baterías

Fuente: Miguel Angel Estrada Vidales, electricasas, Funcionamiento de una ups off-line

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1.8.3 Modo de operación con double conversion

Es el modo de operación más común y utilizada hoy en día. Se basa principalmente

en los elementos eléctricos que se han descrito anteriormente; en la entrada del

sistema consta de un rectificador que tiene por objetivo transformar la corriente

alterna (AC) a corriente continua (DC), posteriormente a la salida de la UPS se

encuentra un inversor que cumple la función de tomar esa señal DC constante

proveniente del rectificador y las baterías y convertirla nuevamente en una señal de

tensión alterna. Este tipo de UPS incluyen una herramienta llamada By-pass, el cual

es un interruptor encargado de cerrar o abrir según sea la necesidad para conectar

la entrada con la salida de manera que se asegure que la carga se alimente

directamente de la entrada de la red.

Figura 6 Funcionamiento de una ups doublé conversión

Fuente: Rafael Álvarez, Irecyl.

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CAPITULO 2

Para llegar a visualizar de alguna manera el comportamiento de una UPS trifásica

al menos mediante simulación, se realizó una observación del modelo que ETAP

16.0.0 ofrece dentro de sus librerías y se analizó cuáles son los parámetros

principales que se deben tener en cuenta para la elaboración de un bloque de estas

características. El bloque UPS (Sistema de Alimentación Ininterrumpida) que ofrece

el software ETAP 16.0.0 consta de tres terminales; dos de ellos son AC (uno de

entrada y uno de salida) y el otro es DC (entrada). Cada uno de los terminales

descritos anteriormente debe ser conectado al bus que le corresponda según su

naturaleza. El menú editor que ofrece el bloque UPS cuenta con varias pestañas en

las cuales se consignan por ejemplo los datos de identificación y valores nominales

de la Unidad, a continuación se enuncian cada una de las pestañas y se hace una

descripción del contenido en cada una de ellas.

2.1 Estudio del modelo de UPS en ETAP 16.0.0

Rating Page

Loading Page

Short-Circuit Impedance Page

Comment Page

Figura 7 Menú editor del bloque UPS ETAP 16.0.0

Fuente: Ayuda ETAP 16.0.0

11

2.1.1 Info page.

ID: Se debe asignar un nombre a la UPS. ETAP 16.0.0 lo hace

automáticamente a partir de la palabra UPS y un número que empieza en 1

y continúa a medida que aumenta el número de unidades que se tengan.

In Bus, Out Bus y DC Bus: Cada uno de los terminales que previamente se

han descrito debe ir conectados a un bus según corresponda.

Adicionalmente el programa mostrara los buses disponibles y el nivel de

tensión de cada uno de ellos.

Condition: La condición de funcionamiento establece si la UPS se encuentra

en servicio o fuera de servicio.

Configuration: Se puede seleccionar el estado de operación de la UPS de

tres maneras; Estado continuo, estado intermitente o estado de repuesto.

Equipment: En este apartado se puede ingresar una etiqueta que indique el

alimentador de la unidad, el nombre y una descripción del equipo.

Adicionalmente se puede seleccionar la prioridad de la carga que está

conectada en la salida AC de la UPS, hay 10 prioridades diferentes que se

pueden seleccionar en esta opción.

AC Connection: Se enuncia el número de fases para la entrada AC de la

UPS, en el caso de la versión 16.0.0 se establecen 3 fases.

Demand Factor: Es posible modificar los factores de demanda para cada

uno de los estados (continuo, intermitente, de repuesto) digitando en el

espacio que está habilitado.

2.1.2 Rating page.

2.1.2.1 AC Rating kW: Ingrese el valor nominal de la potencia activa de salida, puede ser

expresado en kW o MW. ETAP limita la entrada de kW / MW de tal forma que

el factor de potencia no puede exceder el 100% o estar por debajo del 1%.

𝑃 = 𝑆 ∗ 𝐹𝑃

Ecuación 1

kVA: Ingrese el valor nominal de la potencia aparente de salida, puede ser

expresado en kVA o MVA. Cuando se modifica este valor de kVA, se

recalculan los kW nominales y las corrientes de entrada y salida de la UPS.

% EFF: Ingrese la eficiencia nominal de la UPS en porcentaje. Cuando se

modifica la eficiencia, se vuelve a calcular la corriente de entrada AC. La

eficiencia no puede exceder el 100% o estar por debajo del 10%. Por defecto

se fija en un valor de 90%.

12

% PF: Ingrese el factor de potencia nominal de la potencia de salida de la

UPS. Cuando se modifica el factor de potencia, se recalcula el kW nominal.

El factor de potencia no puede exceder el 100%. Por defecto se fija en un

valor de 85%.

2.1.2.2 Output

kV: En este espacio se ingresa la tensión nominal de salida AC de la UPS

en kV. La corriente nominal de salida se calcula en función de este valor.

FLA: Aquí se muestra el valor de la corriente nominal de salida de la UPS

en amperios, calculada de la siguiente manera:

𝐼𝐿"𝑜𝑢𝑡" = 𝑃3∅

√3∗𝑉𝐿∗cos 𝜃

Ecuación 2

𝐼𝐿"𝑜𝑢𝑡" = 𝑆3∅

√3∗𝑉𝐿

Ecuación 3

2.1.2.3 Input

kV: En este espacio se ingresa la tensión nominal de entrada AC de la UPS

en kV. La corriente nominal de entrada se calcula en función de este valor.

FLA: Aquí se muestra el valor de la corriente nominal de entrada de la UPS

en amperios, calculada de la siguiente manera:

𝐼𝐿"𝑖𝑛" = 𝑃3∅

√3 ∗ 𝑉𝐿 ∗ cos 𝜃 ∗ 𝐸𝐹𝐹

Ecuación 4

𝐼𝐿"𝑖𝑛" = 𝑆3∅

√3 ∗ 𝑉𝐿 ∗ 𝐸𝐹𝐹

Ecuación 5

13

2.1.2.4 DC Rating

V: Aquí se define la entrada en voltios DC de la UPS, luego la corriente de

carga se calcula con base a este valor.

FLA: Es la corriente de carga en DC, medida en amperios, así:

𝐼𝐷𝐶 = 𝑃3∅

𝑉𝐷𝐶∗ (1 +

𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠

100)

Ecuación 6

Bypass Swith Status: Cuando el Bypass es seleccionado en la posición de

cerrado, la UPS no entra en operación y en cambio deja pasar la entrada AC

y la conecta directamente con la salida, es decir, el segundo terminal AC.

Figura 8 Menú editor Rating Page


14

2.1.3 Loading page.

En este apartado se especifica la carga de salida porcentual de la UPS en todas

sus categorías de carga. La carga de entrada en kW y kVA de la UPS se calculan

en función del factor de potencia como se muestra a continuación.

𝑘𝑉𝐴 = 𝑘𝑊

𝐹𝑃

Ecuación 7

𝑘𝑊 = 𝑘𝑉𝐴 ∗ 𝐹𝑃

Ecuación 8

UPS Load Based on: Se especifica un parámetro de operación de la UPS, se usa

para asignar un porcentaje de carga a cada una de los diez escenarios de carga, es

decir, cada UPS puede configurarse para tener un nivel de carga de funcionamiento

diferente. Para editar los porcentajes de carga, se puede ingresar el valor en los

campos de la columna marcada con el %.

Figura 9 Menú editor Loading Page


15

2.1.4 Short-Circuit impedance page.

Dentro de esta página del editor, se especifican los valores porcentuales de

multiplicación para cortocircuito en AC y DC.

2.1.4.1 SC Contribution to AC System

Kac: En este recuadro se ingresa el porcentaje de multiplicación para

calcular la corriente de cortocircuito en el lado de salida de la UPS. Su valor

por defecto es del 150%.

Isc: Aquí se muestra el valor calculado de la corriente de cortocircuito en el

lado de salida de la UPS, expresado en amperios. Calculado de la siguiente

manera:

𝐼𝑠𝑐 = 𝐼𝐿"𝑜𝑢𝑡" ∗ 𝑘𝑎𝑐

Ecuación 9

2.1.4.2 SC Contribution to DC System

Kdc: En este recuadro se ingresa el porcentaje de multiplicación para

calcular la corriente de cortocircuito de la UPS cuando se hacen estudios en

DC. Su valor por defecto es del 150%.

Isc: Aquí se muestra el valor calculado de la corriente de cortocircuito en el

lado de salida de la UPS, expresado en amperios. Calculado de la siguiente

manera:

𝐼𝑠𝑐 = 𝐼𝐷𝐶 ∗ 𝑘𝑑𝑐

Ecuación 10

Figura 10 Menú editor SC Imp Page


16

2.2 Simulación realizada en ETAP 16.0.0 con UPS trifásica.

Para entender y ver cómo funciona una UPS trifásica a manera de simulación se

crear todo un sistema de potencia en el cual se pueda poner a prueba cada uno de

los parámetros y configuraciones que ofrece una unidad de potencia como estas, a

continuación se presenta un ejemplo y se describen sus componentes:

Figura 11 Simulación de un sistema de potencia incluyendo una UPS Trifásica

Fuente: ETAP 16.0.0

En la Fig.11 es muy sencillo apreciar cuales son los equipos eléctricos que

componen el sistema de potencia, de izquierda a derecha podemos apreciar que la

simulación consta de 4 elementos principales como lo son; un equivalente de red

de 11kV, un transformador trifásico de 500kVA, una UPS Trifásica de 110kVA y una

carga estática de 100kVA.

Veremos en detalle cuales son los valores nominales de cada uno de estos 4

elementos, es decir, los parámetros que fueron establecidos para realizar la

simulación.

17

2.2.1 Equivalente de RED

Consta principalmente de una característica;

Tensión Nominal: 11,4kV.

Figura 12 Editor del Equivalente de RED 11.4kV

Fuente: ETAP 16.0.0

18

2.2.2 Transformador

Sus valores nominales son los siguientes:

Potencia Aparente Nominal: 500kVA.

Tensión Nominal En El Primario: 11,4kV.

Corriente Nominal En El Primario: 25.32A.

Tensión Nominal En El Secundario: 208V.

Corriente Nominal En El Secundario: 1387,86A.

Figura 13 Editor del Transformador 500kVA

Fuente: ETAP 16.0.0

19

2.2.3 UPS trifásica

Los valores que se configuraron a manera de ejemplo son los siguientes:

Potencia Activa Nominal: 99kW.


Tensión De Entrada Nominal: 208V.

Corriente De Entrada Nominal: 339,3A.

Tensión De Salida Nominal: 208V.

Corriente De Salida Nominal: 305,3A.

Factor De Potencia: 90%

Eficiencia: 90%

Figura 14 Editor de la UPS Trifásica

Fuente: ETAP 16.0.0

20

2.2.4 Carga estática

Se configuran los parámetros de una carga de la siguiente manera:

Tensión Nominal: 208V.

Corriente Nominal: 277,57A.



Potencia Reactiva Nominal: 43.59kVAR.

Factor De Potencia: 90%

Figura 15 Editor de la Carga Estática

Fuente: ETAP 16.0.0

21

CAPITULO 3

3.1 Modelo reducido de UPS trifásica

Se buscó realizar un modelo de UPS trifásica lo más reducido posible que trabajara

en estado estable con una única entrada y una salida, teniendo como referente de

comparación el modelo de UPS que presenta el software ETAP 16.0.0.

Figura 16 Modelo de UPS trifásica en EMTP-RV

Fuente: EMTP-RV.

Para llegar a un modelo como el que se presenta en la fig.16 primero se trabajó con

el bloque ejemplar de UPS de ETAP16.0.0, se observó el comportamiento que

presentaba frente a distintas variables de entrada y salida, se realizó el registro de

una serie de datos los cuales se presentan en la tabla número 1; esta tabla consolida

la información obtenida luego de realizar la simulación del sistema de potencia en

ETAP 16.0.0 y variar algunos parámetros de entrada en la unidad de potencia.

Se fijó el valor del nivel de tensión de salida de la UPS mientras el valor del nivel de

tensión de entrada variaba, se registraron los datos en Voltios y el % de cada uno

de los buses o nodos a los cuales está conectada la UPS. Adicionalmente también

se registró el valor del Bus 1 en voltios y en %, que para nuestro ejemplo representa

la entrada en media tensión del sistema.

22

Como se aprecia en la Tabla 1 se tienen 3 columnas principales en las cuales se

muestra el valor registrado del nivel de tensión y el porcentaje en cada uno de los

buses o nodos representados en el sistema de potencia durante la variación de la

entrada principal (Bus 1 de media tensión). Adicional a esto también existe una

columna que muestra un color diferente dependiendo del estado en que se

encuentre la UPS; el color negro representa el estado normal de carga de la unidad,

el color rosado es una alerta de sobrecarga de la unidad y por último el color rojo da

a entender que la UPS se encuentra en sobrecarga.

Los valores obtenidos dan cuenta de cómo es el comportamiento entrada-salida de

una UPS, sin importar que el nivel de tensión a la entrada no sea el valor nominal

propio de la unidad a la salida siempre se obtendrá el valor esperado de tal manera

que pueda seguir supliendo a las cargas que se encuentren conectadas aguas abajo

de la misma.

A partir del comportamiento y análisis presentado por la unidad de potencia del

software ETAP 16.0.0 que fue sometida a estas condiciones, se trabajó en la

programación de un modelo con diferentes variables de tipo eléctrico que cumpliese

las mismas condiciones de operación pero construido desde EMTP-RV.

Nivel de tensión L-L [V] % Nivel de tensión L-L [V] % Nivel de tensión L-L [V] %

11.400 100 206 99,23 208 100

11.172 98 202 97,21 208 100

10.944 96 198 95,19 208 100

10.716 94 194 93,18 208 100

10.488 92 190 91,16 208 100

10.260 90 185 89,14 208 100

9.120 80 164 79,03 208 100

7.980 70 143 68,88 208 100

6.840 60 122 58,69 208 100

5.700 50 101 48,41 208 100

4.560 40 79 37,96 208 100

3.420 30 56 27,13 208 100

2.280 20 30 14,46 208 100

2.166 19 26 12,56 208 100

Input UPS (BUS 2) Output UPS (BUS 3)Estado

Input System (BUS 1)

UPS Trifásica de 110 [kVA] - 208 [V]

Comportamiento de la UPS variando la tensión a la entrada

Simulación del sistema de potencia en ETAP 16.0.0

Tabla 1 Pruebas de tensión de entrada y salida en ETAP 16.0.0

23

3.2 Pasos para construcción de la UPS en EMTP-RV

3.2.1 Diseño del subsistema

Usando MATLAB-Simulink se programó el comportamiento de las variables que

actúan en la UPS, usando un subsistema por medio de la librería de Simulink se

crean cuatro entradas, cuatro constantes y tres salidas.

Figura 17 Subsistema programado mediante el software MATLAB-Simulink

Fuente: MATLAB-Simlunk.

3.2.1.1 Entradas

Vups (Tensión batería)

Vin (Tensión de entrada)

P (Potencia activa)

Q (Potencia reactiva)

24

3.2.1.2 Constantes

FP (Factor de potencia)

By (Bypass)

Condición

S_VA (Potencia aparente)

3.2.1.3 Salidas

O (Bypass)

S (Servicio)

R (Alerta)

3.2.2 Programación del subsistema

El subsistema creado en Simulink permite programar las variables dispuestas en

MATLAB, en este caso para cumplir el comportamiento de la UPS teniendo en

cuenta el análisis y datos tomados del modelo de ETAP.

Al generar un clic el subsistema se abre una ventana emergente de MATLAB, donde

permite en primer lugar crear la función de las salidas a utilizar con sus respectivas

variables.

𝒇𝒖𝒏𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏 [𝑂, 𝑆, 𝑅] = 𝑓𝑐𝑛 (𝑉𝑢𝑝𝑠, 𝑉𝑖𝑛, 𝑃, 𝑄, 𝐹𝑃, 𝐵𝑦, 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛, 𝑆_𝑉𝐴)

Después se realiza las operaciones necesarias para condicionar algunas variables

como FP (Factor de potencia) y S_VA (Potencia aparente). Para ello se crean dos

variables más como el FP_carga y S_carga que salen del siguiente calculo.

𝐹𝑃_𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 𝐶𝑜𝑠 (atan (𝑄

𝑃))

Ecuación 11

𝑆_𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 =𝑃

𝐹𝑃_𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎

Ecuación 12

25

Se realizan cinco condiciones para las tres salidas O (Bypass), S (Servicio) y R

(Alerta).

Figura 18 Condiciones del subsistema en MATLAB

Fuente: MATLAB.

La función “rms” se utiliza para tomar valores pico de las entradas tomadas del

subsistema, debido a que esos valores son sinusoidales y se necesita compararlo

solamente con un valor máximo para que la condición se cumpla.

Por último se debió realizar unas condiciones finales que son necesarias para

cuando no se cumple las condiciones iniciales la salida tome el valor que uno desea.

𝑂 = 2

Ecuación 13

𝑆 = 2

Ecuación 14

𝑅 = 1

Ecuación 15

MATLAB-Simulink nos permitió realizar las condiciones de operación de la UPS

trifásica trabajando en estado estable, para unirlo a los elementos utilizados en

EMTP-RV y así cumplir con el objetivo propuesto.

26

El subsistema creado en MATLAB-Simulink permite transferirse a EMTP-RV a partir

de una serie de pasos que son explicados detalladamente en los ANEXOS.

MATLAB-Simulink fue utilizado para realizar las condiciones de trabajo de la UPS

trifásica debido al conocimiento y facilidad del software para programar.

3.2.3 Diseño de UPS en EMTP-RV

Teniendo el modelo programado desarrollado en Simulink-MATLAB y transferido a

EMTP-RV conectamos sus correspondientes entradas y salidas.

3.2.3.1 Entradas

Las señales de entrada permiten cumplir los parámetros programados en el

subsistema anteriormente nombrado.

Vups: Señal de tensión fuente AC2 que en nuestro caso funciona como la

batería.

Vin: Señal de tensión del bus 2.

P: Señal de potencia activa carga.

Q: Señal de potencia reactiva carga.

3.2.3.2 Salidas

Las señales de salida se combinan con la batería (fuente AC) para cumplir con su

funcionamiento normal, para ello se usan interruptores trifásicos que actúan según

la señal de llegada.

Bypass: Permite realizar la acción de Bypass de la UPS, es decir trabajar de

manera directa con la red o trabajar con la UPS.

Servicio: Permite poner o no en funcionamiento la UPS.

Alerta: Muestra una señal de advertencia cuando la UPS está trabajando en

condiciones extremas.

27

Figura 19 Esquema de UPS en EMTP-RV

Fuente: EMTP-RV.

Para tomar las señales de entrada se usan dos medidores trifásicos de tensión y

uno de potencia (activa y aparente), con el subsistema se compara las cuatro

entradas para obtener las tres salidas según el caso. Estas salidas son 1 o 0 debido

a que para desactivar los interruptores trifásicos le debe llegar una señal mayor a 0

(>0) y para activar una menor o igual a 0 (<=0), con esto se logra que la salida del

bus 2 se conecte con la carga del sistema. Para que en este nodo no allá un

cortocircuito se conecta una carga RLC pequeña para que no afecte mucho la

salida.

28

3.3Elementos usados para la construcción del modelo de UPS trifásica

3.3.1 Voltage v (t), 3-phase

Es una sonda que permite medir la tensión instantánea en cada una de las tres

fases, donde cualquiera de sus tres salidas se conecta a un dispositivo de control

como el usado en el modelo “page con signal” para captar las señales o visualizar

y enviarlas al modelo programado en Simulink MATLAB.

Figura 20 Voltage v (t) 3-phase del software EMTP-RV

Fuente: Iconos de EMTP-RV.

3.3.2 Control signal scope

Es una sonda de medición de onda para la simulación en el dominio del tiempo.

Esta se guarda en un archivo de trazado y se puede visualizar cada vez que el

programa se ejecuta. Son utilizados para visualizar la tensión del bus 3, la tensión

de la batería del modelo y una de las salidas del modelo programado “Alerta”.

Figura 21 Control signal scope del software EMTP-RV


29

3.3.3 Power P (t), 3-phase Es una sonda que permite medir y visualizar el valor de potencia activa de la carga

RLC en las tres fases.

Figura 22 Power P (t) 3-phase del software EMTP-RV


3.3.4 Power Q (t), 3-phase Es una sonda que permite medir y visualizar el valor de potencia reactiva de la carga

RLC en las tres fases.

Figura 23 Power Q (t) 3-phase del software EMTP-RV


3.3.5 Controlled 3-phase breaker

Es un interruptor trifásico controlado por una señal de control, cuando la señal es

mayor a cero (> 0) el interruptor no se cierra y cuando la señal es menor o igual a

cero (≤ 0) el interruptor se cierra.

Figura 24 Controlled 3-phase breaker del software EMTP-RV


30

3.3.6 Page con signal

Es un dispositivo que permite leer datos como las señales de tensión de entrada de

la red y la batería, potencia activa y reactiva para ser usadas en el modelo

programado.

Figura 25 Page con signal del software EMTP-RV


3.3.7 RLC

Es una carga RLC que acepta señales monofásicas y trifásicas, sus valores de

resistencia, inductancia y capacitancia se pueden modificar según lo requiera. Se

utilizó en el modelo una carga puramente resistiva conectada entre la entrada de la

UPS y la batería, esta conexión se realizó para que la señal de salida de la UPS no

se viera afectada en el momento de tener una entrada a un nivel de tensión diferente

que el de la salida.

Figura 26 Carga RLC del software EMTP-RV


31

3.3.8 F(u) Es un dispositivo que aplica la función de compuertas lógicas, matemáticas y

trigonométricas, su cantidad de entradas son arbitrarias al usuario. En el modelo

usado para la construcción de la UPS trifásica se utilizó una compuerta lógica

negadora “NOT”, para negar una señal saliente del modelo programado y utilizarla

para que activara un interruptor trifásico.

Figura 27 F (u) del software EMTP-RV


3.3.9 Simulink DLL

Es una librería que permite transferir modelos diseñados en Simulink MATLAB a

EMTP – RV. Se utilizó en el proyecto para realizar un modelo programado y cumplir

con condiciones estipuladas para el funcionamiento de la UPS trifásica.

Figura 28 Simulink DLL del software EMTP-RV


32

3.3.10 AC voltaje source (3-phase) Es una fuente de tensión AC donde sus parámetros de frecuencia, tensión, ángulo

de desfase, tiempo de inicio y final de simulación se pueden modificar para sus tres

fases. Para el modelo de UPS usamos una fuente que simula la batería de la UPS.

Figura 29 AC Voltaje source 3-phase del software EMTP-RV


3.3.11 Subcircuit

Es una opción de EMTP-RV que permite crear un bloque para simplificar un circuito

y dejarlo visualmente mejor presentado, como el modelo de UPS trifásica realizado.

Figura 30 AC Voltaje source 3-phase del software EMTP-RV


33

CAPITULO 4

4.1 Simulación realizada en EMTP-RV con UPS Trifásica.

Para comprobar el funcionamiento del modelo de UPS trifásica construida en EMTP-

RV iniciamos realizando la simulación de un sistema de potencia similar al que se

efectuó y colocó en funcionamiento en ETAP 16.0.0. Se utilizaron los mismos

parámetros y configuraciones debido a la similitud de los dos software para el

desarrollo de estos sistemas.

Figura 31 Simulación de un sistema de potencia incluyendo una UPS Trifásica en EMTP-RV

Fuente: EMTP-RV.

En la Fig. 31 se puede apreciar los equipos eléctricos que compone el sistema de

potencia, de izquierda a derecha podemos apreciar que la simulación consta de 4

elementos principales como lo son; una fuente trifásica que asimila a un equivalente

de red, un transformador trifásico, una UPS Trifásica y una carga RLC trifásica.

A continuación veremos en detalle cuales son los valores nominales de cada uno

de estos 4 elementos, es decir, los parámetros que fueron establecidos para realizar

la simulación.

34

4.1.1 Fuente trifásica

Los parámetros más característicos para la fuente trifásica que ofrece el software

EMTP-RV y los cuales se utilizaron durante la simulación realizada, son los que se

presentan a continuación y que se muestran en la Fig 32.


Frecuencia Nominal: 60Hz

Angulo: Fase A 0°, Fase B -120°, Fase C 120°

Secuencia (+)

Tiempo de simulación: 2s.

Figura 32 Editor de la Fuente trifásica 11.4kV

Fuente: EMTP-RV.

35

4.1.2 Transformador trifásico

Es un transformador en conexión DY1+30° y sus valores nominales son los

siguientes:

Potencia Aparente Nominal: 0,5MVA.

Frecuencia Nominal: 60Hz

Tensión Nominal En El Primario: 11,4kV.

Tensión Nominal En El Secundario: 0,208kV.

Resistencia: 0.00375pu

Reactancia: 0.15pu

Figura 33 Editor del Transformador trifásico DY +30°

Fuente: EMTP-RV.

36

4.1.3 UPS Trifásica

Los valores que se configuraron a manera de ejemplo son los siguientes:


Tensión De Entrada Nominal: 208V.

Tensión De Salida Nominal: 208V.

Factor De Potencia: 0.9

En el menú ofrecido en este bloque se puede modificar el valor del factor de

potencia y la potencia aparente de la propia UPS, incluida también la

herramienta para realizar el By-pass (0 para abrir el By-pass y 1 para cerrar

el By-pass) y la condición de operación de la unidad (1 en servicio o 0 fuera

de servicio).

Para modificar el valor en la señal de tensión y la frecuencia de la UPS es

necesario realizarlo desde los parámetros de la fuente interna (AC2) que

posee el modelo; allí es donde es posible editar estos dos parámetros que

resultan ser parte del conjunto de los más importantes.

Figura 34 Editor de la UPS Trifásica

Fuente: EMTP-RV.

37

4.1.4 Carga RLC trifásica

Se configuran los parámetros de una carga de la siguiente manera:




Potencia Reactiva Nominal: 43.59kVAR.

Factor De Potencia: 0.9

Figura 35 Editor de la Carga RLC trifásica

Fuente: EMTP-RV.

38

4.2 Simulación UPS trifásica con By-pass ON

En el momento de trabajar la UPS trifásica en modo By-pass ON (encendido) la

tensión de entrada de la unidad de potencia será igual a la tensión de salida, debido

a que en estas condiciones cuando el By-pass permanece cerrado la UPS no entra

en funcionamiento, es decir, la onda de tensión no es regulada y la carga conectada

aguas abajo de unidad de potencia se alimenta directamente desde la entrada de la

propia unidad; para el ejemplo que se efectuó durante la simulación la carga trifásica

pasa directamente a estar conectada al BUS 2.

4.3 Simulación UPS trifásica con By-pass OFF

Cuando la UPS se encuentra en el modo de operación By-pass OFF, la propia

unidad de potencia regula la onda de tensión de entrada independientemente de

que tan bajo sea el valor o si este es igual a 0 [V]. La unidad de potencia trabajará

en condiciones normales si la tensión de entrada está por encima del 50% del valor

nominal; si este valor se encuentra por debajo del 50% del nominal, la UPS regulará

de igual forma la onda de tensión de entrada pero enviará una alerta de que está

trabajando por debajo de su límite de operación normal.

4.4 Simulación UPS trifásica en condición de servicio

El modelo que fue programado ofrece la herramienta de colocar o no la UPS en

operación, basta con digitar un valor de 1 o 0 dentro de los parámetros de

configuración de la misma. Cuando dicho valor se encuentre en 1 la unidad opera

tomando en cuenta las demás condiciones que se pueden configurar; de lo

contrario si el valor es 0 la UPS entra en estado de “fuera de servicio” y las cargas

asociadas aguas abajo de la misma también lo harán.

Tabla 2. Pruebas de tensión de entrada y salida en EMTP-RV en modo normal de servicio.

Nivel de tensión L-L [V] % Nivel de tensión L-L [V] % Nivel de tensión L-L [V] %

11.400 100 208 100 208 100

10.260 90 186,2 89,5 208 100

9.120 80 165,4 79,52 208 100

7.980 70 144,6 69,51 208 100

6.840 60 124,1 59,66 208 100

5.700 50 103,3 49,66 208 100

4.560 40 82,2 39,52 208 100

Input System (BUS 1) Input UPS (BUS 2) Output UPS (BUS 3)

Simulación del sistema de potencia en EMTP-RV

Comportamiento de la UPS variando la tensión a la entrada

UPS Trifásica de 110 [kVA] - 208 [V]

39

4.5 Cuadro comparativo entre los dos tipos de modelo de UPS trifásica

A continuación se ilustra un cuadro comparativo entre el modelo de UPS trifásica ya

existente del software ETAP 16.0.0 y el modelo de UPS trifásica desarrollado en

este proyecto en el software EMTP-RV.

Tabla 3. Cuadro comparativo UPS trifásica ETAP 16.0.0 y UPS trifásica EMTP-RV

Componente

EMTP-RV consta de dos programas

EMTPWorks que sirve para modelar y

ScopeView que se usa para simular. Al

momento de correr el modelo general se

puede visualizar la forma de onda de la

tensión de entrada y salida de la UPS

trifásica y su correspondiente flujo de

potencia.

En ETAP 16.0.0 al momento de

simular el modelo general solo se

puede visualizar valores contantes de

la tensión de entrada y salida de la

UPS trifásica y su flujo de potencia.

Simulación

El modelo desarrollado consta de una

entrada y una única salida.

El modelo consta de dos entradas y

una única salida.Modelo

En cuanto al modelo de UPS trifásica es

una interfaz muy sencilla, donde a partir

del modelo realizado en MATLAB se

puede modificar cuatro variables (By-

pass, Servicio, Factor de potencia,

Potencia aparente).

La interfaz en cuanto al modelo de

UPS trifásica es más compleja y

agradable para la vista del usuario,

puesto que tiene demasiadas

variables para modificar.

Interfaz

Cuando la UPS trabaja en condiciones

extremas el modelo arroja una señal

constante indicando la alerta, que se

puede visualizar con un osciloscopio.

Cuando la UPS opera en condiciones

extremas el modo de alerta para

visualización del usuario es por medio

de colores.

Alerta

El trabajo de batería e inversor en este

modelo lo hace una fuente AC y al

contrario del modelo en ETAP esta si

hace parte de la UPS.

La batería se compone de una fuente

DC con su respectivo inversor y no

hace parte del modelo de UPS, para

ello la UPS tiene una entrada externa

para conectar dicha batería.

Batería

By-pass

Al igual que el By-pass su control se

hace por medio de una señal estipulada

por el usuario del modelo programado de

MATLAB (1 en servicio la UPS y 0 fuera

de servicio la UPS).

El control de servicio se realiza

activando o desactivando el modo de

operar la UPS.

Servicio

Cuadro Comparativo UPS Trifásica ETAP 16.0.0 y UPS Trifásica EMTP-RV

UPS trifásica ETAP 16.0.0 UPS trifásica EMTP-RV

El control de By-pass se realiza por

medio de una señal que estipule el

usuario del modelo programado de

MATLAB (1 para cerrar By-pass y 0 para

abrir By-pass), conectando directamente

la salida del Bus2 con la carga trifásica

sin visualizarse.

El control de By-pass se realiza

activando o desactivando un

interruptor que conecta la salida del

Bus2 con la carga trifásica, siendo

visible.

40

ANEXOS

1.1 ¿Qué es EMTP – RV?

EMTP – RV sus siglas en ingles significan (Electro-Magnetic Transient Program)

especializado en la simulación y modelado de sistemas eléctricos. Es el software de

análisis transitorio más avanzado técnicamente para la simulación y análisis de

transitorios, también tiene una variedad de librerías donde se pueden analizar una

amplia cantidad de variables eléctricas.

Este software costa de dos programas uno es EMTPWorks una interfaz que ofrece

muchas opciones personalizadas y creación de modelos donde el usuario puede

adaptarlos para su necesidades únicas.

Figura 36 Icono del software EMTPWorks

Fuente: EMTP-RV.

El otro programa es ScopeView una herramienta adaptada para la visualización,

procesamiento matemático y análisis de resultados de la simulación.

Figura 37 Icono del software ScopeView

Fuente: ScopeView.

41

1.2 Ventajas

El software EMTP-RV contiene una amplia documentación de ayuda online que proporciona en cada uno de los dispositivos que se encuentran en la biblioteca, donde explica una breve descripción de la operación del dispositivo a trabajar, ecuaciones que aplica en su operación y parámetros que son necesarios alimentar para el correcto funcionamiento del dispositivo en el software.

Su interfaz gráfica es agradable y fácil de interactuar para trabajos de competitividad, ya que su aplicación es ordenada, cuenta con una amplia variedad de herramientas de trabajo ajustadas a la necesidad del usuario, se puede asignar nombres a los conductores y utilizarlos donde sea necesario sin tener la necesidad de siempre ver la conexión física entre dispositivos, es ajustable para controlar los parámetros de los resultados y tiene la opción de construir subcircuitos.

A continuación se desarrollara una explicación frente al software en el que se está trabajando EMTP-RV detallando la caja de herramientas, las librerías, opciones de simulación y la elaboración de subcircuitos como ejemplo de lo realizado en el proyecto.

1.3 Iniciando el programa

Se inicia ejecutando el programa EMTPWorks, donde se abre una ventana que tiene como título “Welcome to EMTPWorks!”, allí se muestra las diferentes opciones para desarrollar un archivo.

Figura 38 Opciones que brinda la ventana de inicio de EMTP-RV

Fuente: EMTP-RV.

42

Esta serie de opciones brinda la posibilidad de pedir ayuda al soporte del programa,

donde desplegara una cantidad de documentos para usar como guía respecto a

cualquier inquietud. También permite imprimir, guardar, cargar, cerrar archivos y la

más común crear un nuevo documento.

1.4 Barra de herramientas

Al generar un nuevo documento, se abre una ventana de trabajo que cuenta con

una serie de opciones para el diseño de su archivo.

La opción home brinda una amplia variedad de propiedades para realizar un diseño

específico. En la Fig. 38 se observa los iconos con su respectivo nombre.

Los más utilizados son guardar, copiar, propiedades, seleccionar todo:

Figura 39 Barra de herramientas de trabajo

Fuente: EMTP-RV.

El icono Opciones permite exportar e importar plantillas de modelos de un mismo o

diferente programa con el mismo formato, crear subcircuitos de manera de bloques,

visualizar las librerías que posee el software, entre otras opciones.

Figura 40 Barra de herramientas de opciones

Fuente: EMTP-RV.

43

La opción View ofrece una variedad de propiedades para la visualización del diseño

que estés trabajando.

Figura 41 Barra de herramientas de vista EMTPWorks

Fuente: EMTP-RV.

La opción Design permite dar parámetros para la elaboración de cualquier diseño a

manejar.

Figura 42 Barra de herramientas de diseño EMTPWorks

Fuente: EMTP-RV.

Por último la opción Simulate corre la simulación en tiempo real con la ayuda del

otro software de EMTP-RV “ScopeView”.

Figura 43 Barra de herramientas de simulación EMTPWorks

Fuente: EMTP-RV.

44

1.5 Bibliotecas incorporadas

EMTPWorks consta de una amplia variedad de dispositivos principales y

enmascarados, donde este último se basa en la creación de subcircuitos a partir de

dispositivos principales empleando la creación de bloques.

La librería está compuesta por:

Figura 44 Librería de EMTPWorks

Fuente: EMTP-RV.

Advanced: Modelo de subcircuitos que se pueden ver o modificar si es

necesario.

Control: Dispositivos de control.

Control Functions: Proporciona varios estándares de control en diagramas

de control.

DC: Dispositivos utilizados en estudios de transmisión dc.

Flip Flops: Proporciona varias funciones para dispositivos de dos estados

para diagramas de control.

FMI: Estandarizar el intercambio de datos entre diferentes herramientas de

simulación.

Lines: Conductores de una fase, tres fases y multifase.

Load Models: Carga variables para el desarrollo de sistemas de potencia.

Machines: Maquinas DC y AC.

Meters: Equipos de medida.

Nonlinear: Dispositivos no lineales.

45

Options: Proporciona dispositivos para el control de simulación en EMTP y

funciones adicionales para EMTPWorks.

Phasor: Proporciona varias funciones fasoriales para diagramas de control.

Pseudo Devices: Dispositivos de interconexión de señales incorporadas

compatibles con EMTP.

RLC Branches: Dispositivos monofásicos, trifásicos y multifase

(Resistencia, inductor, condensador, modelo de carga, control PI).

Simulink DLL: Permite cargar archivos .dll del software MATLAB “Simulink”.

Sources: Fuentes de tensión y corriente para circuitos de potencia.

Switches: Interruptores para circuitos de potencia, muy utilizados en

diagramas de control.

Symbols: Presenta una variedad de símbolos definidos por el usuario y

anotaciones sobre el diseño de un dibujo.

Transformations: Proporciona varias funciones de transformación para

diagramas de control.

Transformers: Transformadores.

1.6 Edición de un circuito

Desarrollamos un circuito RLC sencillo ilustrado en la fig. . Donde consta de una

fuente de tensión AC (VFuente) de 230 [KV], una resistencia (R1) de 5 [KΩ], un

capacitor (C1) de 50 [µF] y un arreglo de una resistencia en serie con un inductor

(RL1) de 10 y 36 [Ω] en su respectivo orden, cada uno de los elementos pueden ser

modificados según lo desee realizando doble clic sobre este.


Fuente: EMTP-RV.

46

1.6.1 Simulación del circuito

Teniendo en cuenta el circuito modelado anteriormente, nos damos a la tarea de

simularlo para observar el comportamiento de las variables como tensión y corriente

de cada uno de los elementos dispuestos en este modelo.

Después de modelar y guardar el circuito, corremos el programa con el botón “Run”

señalado en la Fig. 46.


Fuente: EMTP-RV.

Al correr el programa se abre una ventana en la parte inferior que indica el tiempo

de ejecución del programa y si el circuito posee algún error arroja una advertencia.

Luego de correr el programa debemos presionar el botón “View Scopes with

Scopeview” para abrir la ventana que nos muestra la simulación de las variables

que deseamos.

47

Figura 47 Ruta para ver los resultados en Scopeview

Fuente: EMTP-RV.

Al abrir Scopeview se debe seleccionar las variables que queremos ver en este caso

es la corriente y el voltaje en cada uno de los elementes, para ello desplegamos el

menú indicado con la flecha roja y seleccionar el elemento en el que queremos ver

el comportamiento indicado en el cuadrado con borde azul de la Fig. 47.

Figura 48 Interfaz de ScopeView

Fuente: ScopeView.

48

Cada vez que seleccionamos el elemento Scopeview abre una ventana emergente

donde muestra el comportamiento de las variables que queremos ver en los

elementos. En este caso veremos la tensión y corriente de la resistencia, el

capacitor y el arreglo de la resistencia en serie con un inductor.

Figura 49 Voltaje y corriente en el capacitor

Fuente: Propia de ScopeView.

Figura 50 Voltaje y corriente en la resistencia

Fuente: ScopeView.

49

Figura 51 Voltaje y corriente el inductor

Fuente: ScopeView.

1.6.2 Construcción de un subcircuito

EMTPWorks posee una herramienta muy versátil para la construcción de

subcircuitos a partir de un modelo anteriormente construido, esto se puede usar en

la construcción de sistemas muy grandes que hacen que el esquema se vea muy

complicado de observar y analizar o como en nuestro caso permite ver el modelo

construido en forma más simple como una caja negra. Para ello se debe seguir los

siguientes pasos.

1. Diseñar el circuito a transformar.

2. Conectar los puertos de entrada y salida al circuito a transformar.

3. Estos puertos debe ser conectados de acuerdo al diseño del usuario. Tener

en cuenta definir el nombre de cada una de ellas para un mejor orden.

4. Seleccionar el circuito manteniendo sostenido el clic izquierdo y sombrear

todo el circuito de manera que todo quede seleccionado.

5. Luego click en Options>Subcircuits>Create Subcircuits block.

6. Enseguida se debe digitar el nombre del bloque y click en finalizar. Al crear

el bloque queda como el ilustrado en la Fig. 53.

50

Figura 52 Símbolo del subcircuito junto a las entradas y salidas

Fuente: EMTP-RV.

7. Si se desea que el modelo tenga entradas y salidas se deben usar los

elementos mostrados en la fig. que se encuentran en la librería de elementos

de EMTP específicamente en Pseudo Devices.

8. Si desea modificar el subcircuito, debe entrar a este dar click derecho,

Properties y deshabilitar la opción read only.

9. Para la edición del subcircuito en cuanto al cambio de color o estilo del borde,

solo realizando click derecho sobre el elemento y seleccionar Edit Symbol.

1.6.3 Crear una biblioteca en EMTP-RV

Resulta útil dentro del trabajo en EMTP-RV crear una librería que contenga los

distintos modelos que son creados por el usuario; para ello el software permite

realizar este procedimiento de manera sencilla solo siguiendo algunos pasos.

1. Dar clic en Options> Library Options> New Library, se despliega una ventana

para escoger la ubicación donde se va a guardar la librería.

2. Aginar un nombre para la librería y colocarlo, dar clic en el botón de guardar.

3. Finalmente aparece en la parte inferior de las librerías una pestaña con el

nombre que fue asignado y que corresponde a la nueva librería, así como lo

muestra la fig 53.

51

Figura 53 Crear una librería en EMTP-RV

Fuente: EMTP-RV.

1.6.4 Guardar subcircuito o modelo en la biblioteca del software EMTP-RV

1. Una vez construido el subcircuito se debe seleccionar del menú Options>Part

Type> Save to lib y a continuación se despliega la ventana de la fig 54.

Figura 54 Menú de bibliotecas del software EMTPWokrs

Fuente: EMTP-RV.

52

2. Una vez creada la biblioteca se selecciona de la lista “Select destinatin

library” el nombre de la misma y luego clic en Save. Antes de guardar en la

biblioteca se debe tener en cuenta que si el subcircuito cuenta con un circuito

interno, se debe seleccionar la opción “Save internal circuit definition” para

almacenarlo correctamente.

3. Ahora es posible tener acceso al modelo que se creó tomando el mismo

desde la librería en la cual se agregó, asi como lo muestra la fig.55.

Fuente: EMTP-RV.

Figura 55 Modelo de una UPS Trifásica agregado a una librería de

usuario

53

1.6.5 Como pasar un modelo de Simulink (MATLAB) a EMTP_RV

Para realizar esta serie de pasos se debe tener en cuenta si el EMTP-RV contiene

la herramienta Simulink DLL que se encuentra en la librería de este.

1. Abrir el programa MATLAB como administrador para construir el modelo en

Simulink a disposición del usuario. En este caso usaremos el modelo

mostrado en la Fig. 56. que tiene una entrada y una salida y en su interior

cuenta con un contenido programado. Si el modelo va ser usado en

EMTPWorks para realizar una conexión, es primordial conectar por lo menos

una entrada y una salida al modelo, este elemento se encuentra en la librería

de Simulink>Commonly used blocks.

Figura 56 Bloque de un subcircuito en MATLAB-Simulink

Fuente: MATLAB.

2. Después de construido el modelo el archivo se debe guardar en la dirección

C:\Program Files (x86)\EMTPWorks

3.5\Toolboxes\SimulinkDLL\TLC_EMTP.

54

3. En el menú o barra de herramienta de Simulink seleccionar la opción Model

Configuration Parameters>Code Generation>browser y click en la opción

EMTP.tlc como se observa en la Fig. 57.

Figura 57 Configuración del código en MATLAB-Simulink

Fuente: MATLAB.

55

4. Luego seleccionar la opción Optimization>Signals and

Parameters>configure>Add to table como se muestra en la Fig. 56.

Figura 58 Menú de parámetros importar contantes desde Simulink

Fuente: MATLAB.

5. Por ultimo click en Build Model que se encuentra en el menú o barra de

herramientas de Simulink para construir el archivo (.dll).

6. El Archivo (.dll) se guarda en la misma dirección donde se guardó el modelo

C:\Program Files (x86)\EMTPWorks

3.5\Toolboxes\SimulinkDLL\TLC_EMTP.

7. Para llamar el modelo desde EMTPWorks se usa la herramienta Simulink

DLL que se encuentra en su librería, para ello se arrastra este elemento a la

zona de trabajo, doble click izquierdo sobre el elemento donde se desplegara

una ventana y click en Select Simulink Model (.dll) para buscar el archivo (.dll)

creado anteriormente.

56

Figura 59 Simulink DLL de EMTP-RV para importar archivos (.dll) desde Simulink

Fuente: EMTP-RV

Figura 60 Modelo creado a partir de archivos (.dll) en EMTP-RV

Fuente: EMTP-RV

57

CONCLUSIONES

-La presente tesis tuvo como objetivo construir un modelo programado en el

software EMTP-RV que cumpliera con el funcionamiento típico de una UPS trifásica

como la que presenta ETAP 16.0.0 y que sirvió como guía para el análisis de su

comportamiento bien sea trabajando en condiciones normales de alimentación o

con la red y cuando la se presentan caídas de tensión. Para ello se realizó una tabla

como la ilustrada en el Capítulo 3 “Tabla 1 Pruebas de tensión de entrada y salida

en ETAP 16.0.0”, basándonos en ello se obtuvieron resultados similares en el

modelo de UPS trifásica de EMTP-RV que se pueden observar en el Capítulo 4

“Tabla 2 Pruebas de tensión de entrada y salida en EMTP-RV” en modo normal de

servicio. Las tablas fueron construidas de manera similar en donde se evidencia que

los resultados obtenidos son similares.

-Como se puede evidenciar en los dos programas son funcionales las variables de

Servicio y By-pass como manera de operación de la UPS, de modo que cumplen

con la función que les corresponde, conectando la salida de la Unidad directamente

con la entrada sin que intervenga la parte activa del modelo.

-A lo largo del presente documento se pretendió dar a conocer el software EMTP-

RV especializado en la simulación y modelamiento de sistemas eléctricos,

explicando el uso de algunas librerías y funciones más importantes que hacen que

el programa sea amigable y fácil de utilizar para el usuario. sí brindar una ayuda e

incentivar a mas compañeros en la utilización de este programa para el desarrollo

de actividades académicas, además es compatible con otros software como

Simulink-MATLAB.

-La finalidad del proyecto fue en presentar un modelo de UPS trifásica lo más

reducido posible que trabajara en estado estable para así cargarlo en la librería de

herramientas de EMTP-RV y que otras personas puedan beneficiarse empleando

este modelo para su servicio.

58

GLOSARIO

Bus: Es la unión entre dos o más elementos de un circuito, por ejemplo, fuentes de

tensión, fuentes de corriente, transformadores, cargas (resistencias, inductores o

condensadores).

By-Pass; Un bypass eléctrico es una desviación de un circuito eléctrico que permite

la comunicación directa entre dos puntos.

Estado estable: Significa que en un sistema de potencia las cantidades eléctricas

que están en operación se pueden consideran constantes.

DLL: biblioteca de enlace dinámico o más comúnmente DLL (sigla en inglés de

dynamic-link library) es el término con el que se refiere a los archivos con código

ejecutable que se cargan bajo demanda de un programa por parte del sistema

operativo.

Scope: Es una sonda de medición de señales que se encuentra en las herramientas

de simulación del software EMTP-RV.

Sub-circuito: Herramienta del software EMTP-RV que sirve para realizar dentro de

un bloque el diseño de un circuito con n entradas y n salidas.

59

REFERENCIAS

[1] Zbigniew Rymarski, Krzysztof Bernacki, (7th January 2016). Different

approaches to modelling single-phase voltage source inverters for

uninterrruptible power supply systems. IET Power Electronics. Research

Article.

[2] Dong-Eok Kim, Student Member, IEEE and Dong-Choon Lee, Member,

IEEE (3 March 2010). Feedback Linearization Control of Three- Phase

UPS Inverter Systems. IEEE Transactions on industrial electronics. Article.

[3] Samuel Polato Ribas, Luiz Antonio Maccari Jr, Humberto Pinheiro, Ricardo

Coração de Leão Fontoura de Oliveira, Vinícius Foletto Montagner, (19th

February 2014). Design and implementation of a discrete-time H-infinity

controller for uninterruptible power supply systems. IET Power Electronics.

1 Centro de Tecnologia, Universidade Positivo, CT, Curitiba, PR, Brazil 2

Power Electronics and Control Research Group - GEPOC, Federal

University of Santa Maria, GEPOC, Santa Maria, RS, Brazil, 3 School of

Electrical and Computer Engineering, University of Campinas – UNICAMP,

Campinas, SP, Brazil. Article.

[4] S. Buso. Robust Control of Single Phase UPS. Department of Electronics

and Informatics, Padova Italy. Article.

[5] Gustavo Adolfo Ramírez Motta and William Javier Bejarano Moreno, Guia de simulación de FACTS: SSSC y TCSC en el software EMTP-RV, Bogota, Colombia, Universidad Distrital, 2014.

[6] EMTP-RV, The reference for power systems transients, Help & Support, EMTP User Manual Version 3,5, 2017

[7] ETAP 16.0.0, Help, Chapter 13 AC-DC Elements, UPS, Editor Overview.

modelo reducido de una unidad de potencia...

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