Subsecretaría de Educación Superior Dirección General de Educación Superior Tecnológica Instituto Tecnológico de Querétaro 1. Datos Generales de la asignatura Nombre de la asignatura: Sistemas Eléctricos de Potencia 2 Clave de la asignatura: SPJ-1301 Créditos (Ht - Hp - créditos): (4-2-6) Carrera: Ingeniería Eléctrica 2. Presentación Caracterización de la asignatura Esta asignatura contempla el análisis dinámico de los Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP). El curso parte de la premisa de que el alumno ha adquirido las competencias previas correspondientes a las materias: Sistemas Eléctricos de Potencia I, Matemáticas III, IV y V, Control I y Conversión I y II. El empleo del software especializado juega un papel importante en la comprensión y asimilación de conceptos. Será posible que con dicho software el alumno compruebe y valide los modelos estudiados en el curso. Esta asignatura aporta al egresado el conocimiento del comportamiento dinámico del los SEP. La importancia de la asignatura radica en que servirá para el análisis de fenómenos relevantes en la operación y control de los SEP. Intención didáctica Se organiza el temario en cuatro unidades: La primera unidad del curso se refiere al análisis de transitorios en la máquina síncrona y en ella se trata el fenómeno transitorio, los cortocircuitos y el modelado de la máquina síncrona.
En la segunda unidad, se aborda el problema carga-frecuencia, partiendo de la curva de demanda horaria y fallas en el SEP, pasando por la ecuación de oscilación y concluyendo con el modelo matemático de regulación primaria. En la tercera unidad, se desarrolla lo relacionado a la estabilidad transitoria iniciando con el planteamiento del problema, siguiendo con la modelación y terminado con los métodos para mejorar la estabilidad. La cuarta unidad, trata sobre el modelado y análisis transitorio de sistemas eléctricos de potencia usando el software ATP-EMTP El enfoque sugerido para la materia requiere que las actividades prácticas promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como; detección de necesidades, elaboración de propuestas de solución, desarrollo de las propuestas y presentación de las mismas; iniciativa, inventiva y actitud emprendedora; trabajo en equipo; así mismo, propicien procesos intelectuales, como inducción-deducción y análisis-síntesis con la intención de generar una actividad intelectual compleja y apliquen el procedimiento estructurado e implementen sus diseños de manera libre. 3. Participantes en el diseño y seguimiento curricular del programa Lugar y fecha de elaboración o revisión Participantes Observaciones Instituto Tecnológico de Querétaro, del 15 al 23 de Abril de 2013. Integrantes de la academia de Ingeniería Eléctrica del Instituto Tecnológico de Querétaro. Elaboración de los planes y programas de estudio para la especialidad de la carrera de ingeniería eléctrica del plan de curso IELE 2010 209.
4. Competencia(s) a desarrollar específicas Adquirir la capacidad de análisis del comportamiento de la maquina síncrona. Conocer el problema de estabilidad y usar un programa de computadora digital para determinar las condiciones para lasque un sistema es estable. Conocer el problema de estabilidad transitoria y usar un programa de computadora digital, para determinar las condiciones para las que un sistema es estable. Adquirir la capacidad de análisis y modelado de los elementos eléctricos de forma particular y como parte de un sistema eléctrico utilizando el software ATP-EMTP. 5. previas genéricas: Instrumentales Capacidad de análisis y síntesis. Capacidad de organizar y planificar. Conocimientos básicos de la carrera. Comunicación oral y escrita. Conocimiento de una segunda lengua. Manejo de la computadora. Gestión de información. Solución de problemas. Toma de decisiones. interpersonales Capacidad crítica y autocrítica. Trabajo en equipo. Capacidad de trabajar en equipo interdisciplinario. Capacidad de comunicarse con profesionales de otras áreas. Habilidad para trabajar en un ambiente laboral. Compromiso ético. sistémicas Los conocimientos en la práctica. Habilidades de investigación. Adaptarse a nuevas situaciones. Capacidad de generar nuevas ideas. Liderazgo. Trabajar en forma autónoma. Diseñar y gestionar proyectos. Iniciativa y espíritu emprendedor. Preocupación por la calidad. Búsqueda de logro. Ecuaciones diferenciales parciales. Modelado de sistemas lineales. Algebra lineal Sistemas polifásicos.
Transformada directa e inversa de Laplace. Motores de inducción. Maquina síncrona de estado estable. Flujo de carga en sistemas eléctricos, así como su formulación y solución mediante métodos numéricos. Modelación de sistemas eléctricos en el análisis de fallas. Métodos de solución para fallas balanceadas y desbalanceadas. 6. Temario No. Nombre de temas Subtemas 1 Análisis de transitorio en la máquina síncrona. 1.1. Introducción. 1.2. El fenómeno transitorio. 1.3. Transitorios en la maquina síncrona. 1.4. Transformación de Park. 1.5. Corto circuitos trifásicos balanceados. 1.6. Corto circuitos desbalanceados. 1.7. Modelos simplificados de la máquina síncrona para análisis transitorio. 1.8. Componentes de DC en las corrientes del estator. 1.9. Determinación de las constantes transitorias. 1.10. Efectos de la corriente de carga. 2 Problema carga frecuencia (Estabilidad I) 2.1. Introducción. Seguimiento de la curva de demanda horaria y fallas en el sistema eléctrico de potencia. 2.2. Métodos de integración numérica aplicados a la ecuación de oscilación. 2.3. Ajuste de la frecuencia ante variaciones de carga. 2.4. Descripción del control automático de generación.
2.5. Modelo matemático del lazo de regulación primaria. 3 Estabilidad transitoria (Estabilidad II) 3.1. Introducción. Planteamiento del problema. 3.2. Modelación de la máquina síncrona para estudios de estabilidad transitoria. 3.3. Método de áreas iguales. 3.4. Sistemas multimáquinas. 3.5. Fallas asimétricas aplicadas a estudios de estabilidad. 3.6. Métodos para mejorar la estabilidad. 4 Modelado y Análisis Transitorio de sistemas eléctricos de Potencia con ATP- EMTP 5 Control de los sistemas eléctricos de potencia 4.1. Introducción a los transitorios electromagnéticos en los sistemas eléctricos de potencia. 4.2. Introducción al software de ATP- EMTP. 4.3. Transitorios simples por conmutación. 4.4. Transitorios en sistemas trifásicos. 4.5. Circuitos de Amortiguamiento. 5.1. Introducción. 5.2. Generación, control primario. 5.3. Control frecuencia-carga. 5.4. Control automático de generación. 5.5. Control de voltaje y potencia reactiva. 5.6. Control automático de generación (AGC) incluyendo el sistema de excitación. 6 Óptimo despacho de generación 6.1. Introducción. 6.2. Optimización de una función no lineal. 6.3. Costos de operación de una central
eléctrica. 6.4. Despacho económico despreciando pérdidas y límites de generación. 6.5. Despacho económico despreciando perdidas e incluyendo límites de generación. 6.6. Despacho económico incluyendo pérdidas y límites de generación. 6.7. Derivación de la fórmula de perdidas. 7. de los temas 1.- Análisis de transitorios en la máquina síncrona Haciendo uso de herramientas Adquirir la capacidad de análisis del computacionales optimizará el tiempo de comportamiento de la máquina síncrona. análisis para observar el comportamiento dinámico de la máquina síncrona con modelos matemáticos Analizar los elementos utilizados en los diferentes sistemas de excitación en el campo del rotor de una máquina síncrona Analizará el comportamiento transitorio de la máquina síncrona 2.- Problema carga-frecuencia(estabilidad I) Conocer el problema de estabilidad y usar un programa de computadora digital para determinar las condiciones para lasque un Determinación de la ecuación de oscilación Ajuste de la frecuencia ante variaciones de
sistema es estable. carga Análisis del control automático de generación Modelo matemático del lazo de regulación primaria 3.- Protección de transformadores y buses. Modelación de la máquina síncrona para Conocer el problema de estabilidad transitoria estudios de estabilidad transitoria y usar un programa de computadora digital, Aplicación del Método de áreas iguales para determinar las condiciones para las que Análisis de fallas asimétricas aplicadas a un sistema es estable. estudios de estabilidad Buscar métodos para mejorar la estabilidad 4.- Protección de líneas. Adquirir la capacidad de análisis y modelado de los elementos eléctricos de forma particular y como parte de un sistema eléctrico utilizando el software ATP- EMTP. Modelado y análisis de los elementos lineales y no lineales. Análisis y modelados de circuitos equivalentes de línea de transmisión. Análisis y modelado de máquinas eléctricas.. 5.- Control de los sistemas eléctricos de potencia. Adquirir la capacidad de análisis del control de los sistemas eléctricos de potencia. Conocer el objetivo del control en los sistemas eléctricos de potencia. observar el comportamiento del control de los sistemas eléctricos de potencia empleando herramientas
computacionales 6.- Óptimo despacho de generación. Conocerá el problema de despacho de generación y por medio de software determinar un óptimo despacho. Modelar de Sistema eléctrico de potencia considerando los costos y límites de generación así como las pérdidas por transmisión. 8. Sugerencias didácticas El docente debe: Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Propiciar el uso de software de simulación en el desarrollo de los contenidos de la asignatura. Propiciar actividades de planeación y organización de distinta índole en el desarrollo de la asignatura. Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes. Propiciar, en el estudiante, el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-deducción y análisis-síntesis, las cuales lo encaminan hacia la investigación, la aplicación de conocimientos y la solución de problemas. Llevar a cabo actividades prácticas que promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación, tales como: observación, identificación manejo y control de variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis, de trabajo en equipo. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura. Propiciar el uso adecuado de conceptos, y de terminología científico-tecnológica. Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución. Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente; así como con las prácticas de una carrera técnica con enfoque sustentable. Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo de la ingeniería eléctrica.
Propicias la generación de proyectos; así como la presentación grupal de los mismos. Realizar visitas industriales y fomentar la participación en foros y congresos relacionados con el área. 9. Prácticas Análisis de transitorios en la máquina síncrona (simulación usando MATLAB). Estudios de estabilidad, solución de la ecuación de oscilación (simulación usando MATLAB). Estudio de estabilidad transitoria (simulación usando MATLAB). Estudio del comportamiento en sistemas eléctricos, utilizando MATLAB y ATP-EMTP. Simulación de Regulación primaria (Usando Matlab) Simulación de Regulación primaria + secundaria AGC. Simulación de Regulación primaria + secundaria (AGC) + Regulación automática de Voltaje (AVR). Simulación despacho de generación (Simulación Usando Matlab) 10. Proyecto de asignatura Estudio de los parámetros de SEP. Se requiere realizar las actividades: Fundamentación. Planeación. Ejecución. Evaluación.
11. Evaluación por competencias. La evaluación de la asignatura se hará con base a los siguientes criterios: Realización de investigación documental en un segundo idioma. Reportes de visitas industriales y centros de investigación. Asignar puntaje a la participación en clase. Realización de prácticas. Realización de exámenes. Autoevaluación. Evaluación continúa. 12. Fuentes de información [1]. Anderson, Paul M. Analysis of power system Iowa state university press Ames, Iowa, U.S.A. [2]. Anderson, Paul Power system control and stability Vol. 1 Iowa state university press Ames, Iowa, U.S.A. [3]. Brown, Homer E. Solution of large networks by matrix methods John Wiley & Sons. U.S.A. [4]. Elgerd, Olle I Electric energy systems theory. An introduction Mc. Graw Hill. U.S.A. [5]. Enriquez Harper, Gilberto (1981) Análisis moderno de sistemas eléctricos de potencia, 2/e Limusa, México. [6]. Glover, J. Duncan y Sarma Mulukutla. Power system analysis and design with personal computer applications PWSKENT. Publishing Co. Boston, Massachusets, U.S.A. [7]. Gross, Charles A. Power System Analysis 2/e John Willey & Sons. U.S.A. [8]. Stagg, Glenn W. y El-Abad, Ahmed H. (1968) Computer Methods Power system analysis Mc. Graw Hill, U.S.A. [9]. Bronze Book Recomended practice for energy conservation an cost Effective Planning in industrial facilities. I.E.E.E. Std. [10]. Educación Continúa UNAM Programa universitario de ahorro y administración de energía Fondo educativo UNAM, 1992.
[11]. Stevenson Jr, William D. (1982) Elements of power system analysis, 4/e Mc. Graw-Hill U.S.A. [12]. Red Book; IEEE141-1993 Electric power Distribution for industrial plants IEEE Std., 1993. [13]. Electrical Transients in Power Systems, Alan Greenwood, 2/ed. Willey and Sons, 1991. [14]. Power System and Transients, An Introduction, A.P. Sakis Meliopoulos, Marcel Dekker, Inc. [15]. ATP-EMTP Manual.