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Ecuador.
Los derechos de autor han sido entregados a la ESCUELA POLITCNICA
NACIONAL bajo el libre consentimiento del (los) autor(es).
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autor de esta tesis.
No se podr obtener ningn beneficio comercial y las obras derivadas tienen que
estar bajo los mismos trminos de licencia que el trabajo original.
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las ideas de los dems, respetando las normas de presentacin y de citacin de
autores con el fin de no incurrir en actos ilegtimos de copiar y hacer pasar como
propias las creaciones de terceras personas.
Respeto hacia s mismo y hacia los dems.
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ESCUELA POLITCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y
ELECTRNICA
ANLISIS Y PLANTEAMIENTO DE ESTUDIOS ELCTRICOS ENESTADO ESTABLE Y ESTADO DINMICO PARA LA FIJACIN DE
PARMETROS NECESARIOS EN LA IMPLEMENTACIN DE UN
CDIGO DE RED PARA EL SISTEMA ELCTRICO ECUATORIANO
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIN DEL TTULO DE INGENIEROELCTRICO
DIEGO SEBASTIN POSSO JCOME
DIRECTOR: Dr. Ing. GABRIEL SALAZAR YPEZ
Quito, mayo de 2015
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I
DECLARACIN
Yo, Diego Sebastin Posso Jcome, declaro bajo juramento que el trabajo aqu
descrito es de mi autora; que no ha sido previamente presentado para ningn
grado o calificacin profesional; y, que he consultado las referencias bibliogrficas
que se incluyen en este documento.
A travs de la presente declaracin cedo mis derechos de propiedad intelectual
correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politcnica Nacional, segn lo
establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su reglamento y por la
normatividad institucional vigente.
__________________________
Diego Sebastin Posso Jcome
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II
CERTIFICACIN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Diego Sebastin Posso
Jcome, bajo mi supervisin.
_________________________
Dr. Ing. Gabriel Salazar Ypez
DIRECTOR DEL PROYECTO
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III
AGRADECIMIENTO
A mis padres y hermanas, que gracias a su apoyo y cario he llegado a ser una
persona con valores y principios, los que llevar por el resto de mi vida.
A los docentes de la Escuela Politcnica Nacional, por sus conocimientos
impartidos que son el pilar fundamental de mi formacin profesional.
Al Dr. Gabriel Salazar, que gracias a su confianza e incondicional apoyo he logrado
culminar con xito esta etapa importante de mi vida estudiantil.
Dr. Hugo Arcos y Dr. Fabin Prez, por su valiosa colaboracin para el desarrollo
del presente proyecto de titulacin.
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IV
DEDICATORIA
A mis padres, Anita y Ramiro.
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V
TABLA DE CONTENIDO
DECLARACIN ...................................................................................................... I
CERTIFICACIN ................................................................................................... II
AGRADECIMIENTO .............................................................................................. III
DEDICATORIA ...................................................................................................... IV
TABLADECONTENIDO ........................................................................................ V
RESUMEN .......................................................................................................... VIII
PRESENTACIN .................................................................................................. IX
GLOSARIODETRMINOS .................................................................................. XI
CAPTULO1 ........................................................................................................... 1
1. INTRODUCCIN ............................................................................................ 1
1.1. OBJETIVOS ............................................................................................. 1
1.2. ALCANCE ................................................................................................ 2
1.3. JUSTIFICACIN ...................................................................................... 3
1.4. ANLISIS DE LA SITUACIN ACTUAL DEL SNI ................................... 4
1.5. ANLISIS DE LA SITUACIN FUTURA DEL SNI ................................. 12
CAPTULO2 ......................................................................................................... 21
2. MARCO TERICO ....................................................................................... 21
2.1. DEFINICIONES GENERALES ............................................................... 21
2.2. CDIGO DE RED .................................................................................. 33
CAPTULO3 ......................................................................................................... 41
3. ESTUDIOS ELCTRICOS EN ESTADO ESTABLE ..................................... 41
3.1. DESCRIPCIN ELCTRICA DE LA CENTRAL .................................... 42
3.2. ALTERNATIVAS DE CONEXIN .......................................................... 46
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VI
3.3. FLUJOS DE POTENCIA ........................................................................ 55
3.4. ANLISIS DE CONTINGENCIAS .......................................................... 61
3.5. ESTUDIOS DE CORTOCIRCUITOS ..................................................... 66
3.6. ESTUDIOS DE ESTABILIDAD DE VOLTAJE ........................................ 73
3.7. REQUISITOS TCNICOS DE OPERACIN EN ESTADO ESTABLE
PARA CENTRALES DE GENERACIN NO CONVENCIONAL ................... 80
CAPTULO4 ......................................................................................................... 86
4. ESTUDIOS ELCTRICOS EN ESTADO DINMICO ................................... 86
4.1. ESTUDIOS DE ESTABILIDAD TRANSITORIA ...................................... 87
4.2. ESTUDIOS DE ESTABILIDAD DE PEQUEA SEAL .......................... 934.3. REQUISITOS TCNICOS DE OPERACIN EN ESTADO DINMICO
PARA CENTRALES DE GENERACIN NO CONVENCIONAL ................... 98
CAPTULO5 ....................................................................................................... 102
5. APLICACIN .............................................................................................. 102
5.1. ESTUDIOS ELCTRICOS EN ESTADO ESTABLE ............................ 102
5.2. ESTUDIOS ELCTRICOS EN ESTADO DINMICO........................... 143
CAPTULO6 ....................................................................................................... 163
6. ANLISIS DE RESULTADOS .................................................................... 163
6.1. ANLISIS DE RESULTADOS DE LA APLICACIN PRCTICA ......... 163
6.2. RESULTADOS DEL PLANTEAMIENTO DE ESTUDIOS ELCTRICOS EN
ESTADO ESTABLE Y ESTADO DINMICO .............................................. 173
6.3. ANLISIS DE LA NORMATIVA VIGENTE ........................................... 177
6.4. ANLISIS COMPARATIVO DE LA NORMATIVA VIGENTE FRENTE A
LOS ESTUDIOS ELCTRICOS PLANTEADOS ......................................... 179
CAPTULO7 ....................................................................................................... 181
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................. 181
7.1. CONCLUSIONES................................................................................. 181
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VII
7.2. RECOMENDACIONES ........................................................................ 183
ANEXOS ............................................................................................................ 187
ANEXO1 ............................................................................................................ 188
ESTUDIOSDEESTABILIDADDEVOLTAJE ..................................................... 188
ANEXO2 ............................................................................................................ 201
ESTABILIDADTRANSITORIA ........................................................................... 201
ANEXO3 ............................................................................................................ 214
ESTABILIDADDEPEQUEASEAL ............................................................... 214
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VIII
RESUMEN
Dentro de la normativa que regula el sistema elctrico ecuatoriano no se define
claramente los estudios que deben realizar obligatoriamente los proyectistas que
desean implementar proyectos de generacin para obtener los permisos de
conexin al SNI.
Para tener una visin global del funcionamiento del sistema elctrico ecuatoriano,
especficamente con la creciente participacin de centrales de generacin con
recursos energticos renovables, se realiza un anlisis de la situacin actual y de
la situacin futura del SNI ecuatoriano, enfocado en el comportamiento de la oferta
y la demanda de energa, y cmo ha evolucionado el aporte de centrales degeneracin no convencional a la produccin de energa en el SNI.
Se realiza un planteamiento de estudios elctricos en estado estable y estado
dinmico que deben realizarse obligatoriamente en los estudios de prefactibilidad
de los proyectos de generacin elctrica para obtener los permisos de conexin al
sistema elctrico ecuatoriano. Cada estudio detallado es analizado a profundidad,
se definen parmetros de anlisis, criterios para la simulacin y casos de estudio a
considerar.
Los estudios planteados se han definido con la finalidad de evaluar los
requerimientos tcnicos de funcionamiento de las centrales de generacin
convencional y no convencional, detallados en normativas nacionales e
internacionales, y atendiendo a las necesidades que actualmente tiene el sistema
elctrico ecuatoriano, esto a fin de obtener condiciones de funcionamiento
adecuadas del SNI ecuatoriano.
Para verificar la validez de los estudios planteados se realiza un ejemplo de
aplicacin para un Proyecto Elico, donde se analiza cada estudio y se realiza una
evaluacin de los resultados tomando como base los criterios de evaluacin
propuestos en la normativa ecuatoriana y los criterios propuestos en base al estudio
de cdigos de red de otros pases.
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IX
PRESENTACIN
Debido al notable incremento de generacin en base a recursos energticos
renovables, especialmente en base a energa elica y fotovoltaica, ha sido
necesario la creacin de normas que regulen de manera efectiva los parmetros
tcnicos de funcionamiento de dichas centrales, estas normas son conocidas como
Cdigos de Red, los cuales, en la actualidad no solamente regulan el
funcionamiento de centrales de generacin no convencional sino tambin se
aplican para regular el funcionamiento de centrales de generacin convencional y
otros tipos de instalaciones elctricas como: subestaciones, cargas, lneas de
transmisin, equipos de compensacin reactiva, bancos de capacitores, bancos de
bateras, entre otros. Una parte fundamental del cdigo de red son los estudios
elctricos que deben realizarse a las nuevas instalaciones, y especialmente a las
centrales de generacin. En el presente trabajo se realiza el anlisis y
planteamiento de los estudios elctricos en estado estable y estado dinmico que
deben realizarse obligatoriamente a los proyectos de generacin, para lo cual se
ha dividido el presente trabajo en los siguientes captulos:
CAPTULO 1:Se detallan los objetivos planteados, el alcance y la justificacin del
presente trabajo, adems, se realiza un breve anlisis de la situacin actual y lasituacin futura del SNI.
CAPTULO 2:Se detalla los conceptos ms relevantes de la teora que abarca un
estudio elctrico en estado estable y dinmico, adems, se realiza una explicacin
sobre los cdigos de red, su base conceptual y los estudios elctricos.
CAPTULO 3: Se detallan los estudios elctricos en estado estable que deben
realizarse obligatoriamente a los proyectos de generacin que desean obtener los
permisos de conexin al SNI.
CAPTULO 4:Se detallan los estudios elctricos en estado dinmico que deben
realizarse obligatoriamente a los proyectos de generacin que desean obtener los
permisos de conexin al SNI.
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X
CAPTULO 5: Se realiza una aplicacin prctica de los estudios elctricos en
estado estable y estado dinmico, planteados en el presente trabajo, para un
Proyecto Elico de 50 MW.
CAPTULO 6: Se detalla los resultados ms relevantes obtenidos tanto de laaplicacin prctica como del planteamiento de estudios, junto con un anlisis
comparativo respecto de la normativa vigente.
CAPTULO 7:Se presenta las conclusiones y recomendaciones obtenidas luego
del desarrollo del presente trabajo.
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XI
GLOSARIO DE TRMINOS
AGC: Control automtico de generacin (En ingls, Automatic Generation Control)
AVR: Regulador Automtico de Voltaje (En ingls, Automatic Voltage Regulator
System)
C: Cargabilidad del elemento en [%]
CELEC EP: Corporacin Elctrica del Ecuador
CENACE: Centro Nacional de Control de Energa
CGC: Centrales de Generacin Convencional
CGNC: Centrales de Generacin no Convencional
CONELEC: Concejo Nacional de Electricidad
DFIG: Generador de Induccin Doblemente Alimentado (En ingls: Double Feed
Induction Generator)
Dmax: Demanda mxima
Dmed: Demanda media
Dmin: Demanda mnima
DPL: DigSILENT Programming Language
GLP: Gas Licuado de Petrleo
HVDC: Corriente Continua en Alto Voltaje (En ingls: High Voltage Direct Current)
Ikss: Corriente de cortocircuito sostenido en [kA]
ip: Corriente pico de cortocircuito, se mide en el punto de falla en [kA]
L/T: Lnea de Transmisin
MEER: Ministerio de Electricidad y Energa Renovables
MEM: Mercado Elctrico Mayorista
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XII
MCI: Motores de Combustin Interna
NGET: Red Nacional de Transmisin Elctrica (En ingls, National Grid Electricity
Transmission)
OLTC: Cambiador de tomas bajo carga (En ingls, On Load Tap Changer)
OGE: Optimizacin de Generacin Elctrica
PME: Plan Maestro de Electrificacin
PSS: Estabilizador de Sistemas de Potencia (En ingls, Power System Stabilizer)
P: Potencia Activa en [MW]
Q: Potencia Reactiva en [MVAr]
S: Potencia Aparente en [MVA]
SEP: Sistema Elctrico de Potencia
Skss: Potencia de cortocircuito en [MVA]
SNI: Sistema Nacional Interconectado
SNT: Sistema Nacional de Transmisin
SVC: Compensador esttico de Voltaje (En ingls: Static Voltage Compensator)
V: Variacin del voltaje respecto al voltaje nominal en [%]
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CAPTULO 1
1.INTRODUCCIN
En este captulo se detallan los objetivos planteados, el alcance y la justificacin
del presente trabajo, adems, se realiza un breve anlisis de la situacin actual y
la situacin futura del SNI, esto en base a la informacin generada por CENACE y
CONELEC.
1.1.OBJETIVOS
1.1.1.OBJETIVO GENERAL
Establecer y analizar los estudios elctricos en estado estable y estado dinmico
que deben realizarse en centrales de generacin de tipo convencional y no
convencional los cuales servirn como base en la implementacin de un cdigo de
red para el sistema elctrico ecuatoriano.
1.1.2.OBJETIVOS ESPECFICOS
Realizar un anlisis de las centrales de generacin convencional y no
convencional, que actualmente estn ingresando al SNT ecuatoriano.
Analizar el escenario futuro del sistema elctrico ecuatoriano en base al plan
de expansin del SNI y el ingreso de nuevas centrales privadas.
Detallar los estudios elctricos en estado estable y dinmico necesarios para
la autorizacin de conexin de proyectos de generacin convencional y noconvencional al SNT ecuatoriano.
Realizar los estudios elctricos en estado estable, que permitan parametrizar
los requerimientos para las centrales de generacin no convencional y
convencional, para la situacin actual del SNI y para un escenario de
expansin, utilizando el software DigSILENT PowerFactory. Esto permitir
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incorporar en la propuesta del Cdigo de Red los parmetros necesarios
para asegurar una operacin adecuada en estado estable.
Realizar los estudios elctricos en estado dinmico, que permitan
parametrizar los requerimientos para las centrales de generacin no
convencional y convencional, para la situacin actual del SNI y para un
escenario de expansin, utilizando el software DigSILENT PowerFactory.
Esto permitir incorporar en la propuesta del Cdigo de Red los parmetros
necesarios para asegurar una operacin adecuada en estado dinmico.
1.2.ALCANCE
Se realizar un anlisis de las centrales de generacin que estn ingresando al
SNT ecuatoriano, as tambin se analizar el escenario futuro del sistema elctrico
ecuatoriano en base al plan de expansin del SNI y el ingreso de nuevas centrales
de tipo convencional y no convencional. Estos anlisis servirn como base para la
determinacin y desarrollo de estudios elctricos en estado estable y estado
dinmico.
Se determinarn y detallarn los estudios elctricos en estado estable y estado
dinmico que deben realizarse obligatoriamente en las centrales de generacin detipo convencional y no convencional a fin de obtener los permisos de conexin al
SNI.
Con el detalle planteado de estudios elctricos en estado estable y estado
dinmico, se realizarn dichos estudios para la situacin actual del SNT ecuatoriano
y para un escenario de expansin considerando el ingreso de nuevas centrales de
tipo convencional y no convencional.
Mediante los estudios elctricos en estado estable se podr parametrizar losrequerimientos de equipamiento, normas y condiciones de operacin para centrales
de generacin convencional y no convencional, a fin de asegurar una operacin
adecuada en rgimen estacionario, lo que garantice confiabilidad del sistema y
calidad del suministro elctrico.
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Mediante los estudios elctricos en estado dinmico se podr parametrizar los
requerimientos de equipamiento, normas y condiciones de operacin para centrales
de generacin convencional y no convencional, a fin de asegurar una operacin
adecuada en rgimen dinmico, lo que garantice confiabilidad del sistema y calidad
del suministro elctrico.
Los estudios elctricos realizados tanto para el escenario actual del SNI como para
el escenario futuro facilitarn una valoracin tcnica sobre el estado de las centrales
de generacin de tipo convencional y no convencional y, el estado de los puntos de
conexin de dichas centrales con el SNT ecuatoriano; adems se podr determinar
zonas de riesgo donde debern aplicarse criterios especiales.
En los estudios elctricos a realizarse se podr considerar escenarios de demanda
mxima, media y mnima, condiciones de falla, energizacin de equipos, retiro de
centrales, condiciones normales hidrolgicas y pocas de estiaje.
1.3.JUSTIFICACIN
Mediante este proyecto se elaborar una normativa tcnica sobre los
requerimientos de estudios elctricos previos a la implementacin y operacin de
centrales de generacin de tipo convencional y no convencional a fin de asegurar
un funcionamiento confiable en diferentes escenarios, de tal forma que se facilitar
los estudios de prefactibilidad y factibilidad para la implementacin de nuevas
centrales de generacin, y permitir analizar el estado actual de las centrales que
se encuentran operando.
Con este proyecto se busca asegurar una operacin confiable de las centrales de
generacin de tipo convencional y no convencional, as tambin, se busca asegurar
la estabilidad del sistema elctrico y ofrecer un servicio de calidad para los usuariosen el presente y con proyeccin a un escenario futuro.
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1.4.ANLISIS DE LA SITUACIN ACTUAL DEL SNI
El siguiente anlisis se enfoca en el estudio de la oferta y la demanda del sistema
elctrico ecuatoriano. Los resultados mostrados se basan en el informe anual 2013publicado por el CENACE, los informes ejecutivos de gestin mensual publicados
por el CENACE para el ao 2014 y los indicadores de energa publicados por el
CONELEC.
1.4.1.ANLISIS DE LA DEMANDA
El anlisis de la demanda se enfocar en dos aspectos: demanda de energa y
demanda mxima de potencia en bornes de generacin, a partir de estos dosparmetros se evala la situacin actual del SNI ecuatoriano con relacin al
comportamiento de la demanda.
Para el ao 2014, los datos de operacin presentados por el CENACE muestran la
informacin de demanda de energa y demanda mxima de potencia en bornes de
generacin durante el mes de diciembre. En la Tabla 1.1 se muestra esta
informacin:
Tabla 1.1: Principales ndices del comportamiento de la demanda, diciembre de 2014 [1]
NDICE UNIDAD Dic-14
Demanda de Energa GWh 1820,14
Demanda Mxima de Potencia en Bornes de Generacin MW 3502,64
1.4.1.1.Demanda Mxima de Potencia
En la Figura 1.1 se muestra la evolucin de la demanda mxima de potencia en
bornes de generacin en el pas desde el ao 1999 hasta el 2014. Para el ao 2014,
la demanda mxima de potencia en bornes de generacin, fue de 3502,64 MW, con
un incremento del 5.29% con relacin al 2013.
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Figura 1.1: Demanda mxima de potencia anual en bornes de generacin (Elaborado a
partir de [1] y [2])
Cabe notar que los datos mostrados representan una medicin instantnea de
potencia, la cual se ha registrado como la mxima durante el ao.
1.4.1.2.Demanda de Energa
En la Figura 1.2 se muestra la evolucin de la demanda de energa en el pas desde
el ao 1999 hasta el 2014. Para el ao 2014, la demanda de energa de las
Empresas Distribuidoras, en subestaciones de entrega, y consumos propios,
incluyendo exportaciones a Colombia, fue de 20882.59 GWh, con un incremento
del 7.31% con relacin al 2013.
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Mxima anual 1917 1955 2002 2134 2258 2401 2424 2642 2706 2785 2760 2879 3027 3207 3327 3503
0
400
800
1200
1600
2000
2400
2800
3200
3600
MW
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Figura 1.2: Demanda anual de energa (Elaborado a partir de [1] y [2])
En la Figura 1.3 se muestra el comportamiento de la demanda de energa durante
el ao 2014, se puede observar que el mes ms crtico es diciembre, donde la
demanda de energa lleg a 1820.14 GWh/mes, 4.6% por encima del promedio de
consumo durante este ao.
Figura 1.3: Demanda de energa mensual durante el ao 2014 [1]
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Demanda anual 9652 9882 10257 10900 11561 12360 13111 13974 14666 15439 15763 16575 17748 18606 19459 20883
0
3000
6000
9000
12000
15000
18000
21000
GWh
1450
1500
1550
1600
1650
1700
1750
1800
1850
GWh
ene-14 feb-14 mar-14 abr-14 may-14 jun-14 jul-14 ago-14 sep-14 oct-14 nov-14 dic-14Demandade energa 1733,16 1599,08 1780,84 1750,34 1808,34 1733,68 1771,87 1734,28 1669,53 1760,41 1720,92 1820,14
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1.4.2.ANLIS DE LA OFERTA
De igual manera que para el anlisis de la demanda, el estudio de la oferta se
enfocar en dos aspectos: potencia instalada y produccin de energa en el SNI.
Esto a fin de realizar un anlisis comparativo entre la oferta y la demanda.
1.4.2.1. Potencia Instalada en el SNI
En la Figura 1.4 se muestra la evolucin de la potencia instalada en el SNI desde
el ao 1999 hasta el 2014, segn el tipo de generacin y tomando en cuenta la
capacidad de las interconexiones.
Figura 1.4: Evolucin de la potencia instalada en el SNI ecuatoriano ms interconexiones
(Elaborado a partir de [3] y [4])
Se puede observar claramente que la potencia instalada en el SNI ha sido suficiente
para satisfacer a la demanda, el problema ocurre debido a que no siempre se tienedisponible dicha potencia debido a algunos factores, como, mantenimientos,
estiaje, fallas en los equipos, entre otros.
En la Figura 1.5 se muestra los porcentajes de participacin de los distintos tipos
de tecnologa utilizados para la generacin de energa elctrica en el SNI
ecuatoriano.
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Interconexin 635 635 635 635 635 635 635 635
Turbovapor 473 473 473 473 503 470 499 506 506 538 538 547 547 548 548 585
Turbogas 769 769 637 771 762 766 753 754 753 756 896 898 898 974 974 977MCI 275 261 260 315 366 353 480 714 849 851 927 1098 1139 1302 1322 1451
Hidrulica 1703 1703 1726 1733 1733 1732 1750 1786 2030 2033 2030 2215 2207 2237 2237 2235
Fotovoltaica 0 0 0 0 0 0 0 0 4 26
Elica 2 2 2 2 2 2 20 21
Todos 3220 3207 3095 3293 3365 3322 3481 3760 4776 4814 5027 5396 5428 5698 5738 5930
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
MW
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Figura 1.5: Capacidad efectiva de generacin segn el tipo de tecnologa para diciembrede 2014 (Elaborado a partir de [3])
1.4.2.2.Produccin de Energa
La Figura 1.6 muestra la evolucin de la produccin de energa en el SNI desde el
ao 1999 hasta el 2014 segn el tipo de generacin y tomando en consideracin
las importaciones de energa desde otros pases.
Figura 1.6: Produccin neta total de energa en el SNI (Elaborado a partir de [1] y [2])
42,2%
0,5%0,4%
27,4%
18,46%
11,05%
Hidrulica Solar Elica
MCI Turbogas Turbovapor
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
IMPORTACIONES 16 0 22 56 1120 1642 1723 1570 861 500 1120 893 1271 236 655 824
NO CONVENCIONAL 0 0 0 0 0 1 36 52 73 100 104 115 147 156 209 677
TRMICA 3110 2796 3729 3874 3822 3892 5040 5841 5429 4410 6159 7761 6044 6867 8340 8937
HIDRULICA 7117 7489 6875 7362 7028 7269 6736 6971 8855 11077 9038 8470 10968120481084811123
TOTAL 102421028510626 112921197012803 135351443415218 160861642017239 18431193062005121561
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
22000
GWh
-
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Cabe notar que en el pas no existe dficit de potencia, sino dficit de energa, por
esta razn el Ecuador se ha visto en la necesidad de importar energa de pases
vecinos: Colombia y Per.
En la Figura 1.7 se realiza un anlisis comparativo desde el ao 1999 hasta el 2014de la energa demandada en el pas frente a la energa producida, con y sin
exportaciones.
Figura 1.7: Comparacin de la demanda de energa vs la produccin de energa con y sin
importaciones (Elaborado a partir de [1] y [2])
Se puede ver que a partir del ao 2003 (Figura 1.7) el Ecuador ha necesitado
importar energa principalmente desde Colombia a fin de abastecer a la demanda,
esto debido a diferentes factores, principalmente los costos de produccin de
energa trmica.
Como una solucin al dficit de energa se han tomado diferentes medidas, entre
las que destaca el fomentar la explotacin de recursos energticos renovables
diferentes al agua, que contribuyan a mejorar el dficit de energa en el pas y
fomentar el aprovechamiento de fuentes de energa limpia. En la Figura 1.8 sedetalla la evolucin de la produccin de energa no convencional desde el 2004,
ao en el que empieza la participacin de energas renovables no convencionales
en el pas, llegando al 2014, en donde la generacin de energa no convencional
fue de 676,80 GWh/ao.
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
DEMANDA 9652 9882 10257 10900 11561 12360 13111 13974 14666 15439 15763 16575 17748 18606 19459 20883
CON IMPORT. 10242 10285 10626 11292 11970 12803 13535 14434 15218 16086 16420 17239 18431 19306 20051 21561
SIN IMPORT. 10226 10285 10604 11236 10850 11162 11812 12863 14357 15586 15300 16346 17160 19070 19397 20737
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
22000
GWh
-
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Figura 1.8: Produccin bruta total de energa no convencional (Elaborado a partir de [1] y
[2])
El comportamiento de la produccin de energa durante el 2014 se muestra en la
Figura 1.9, se puede evidenciar que durante los meses donde la produccin de las
centrales hidroelctricas es baja y adems existe un alto consumo de la demanda,
las importaciones de energa se incrementan notablemente, esto ocurre
principalmente en los meses de enero, noviembre y diciembre.
Figura 1.9: Produccin neta total de energa en el SNI durante el 2014 (Elaborado a partir
de [1] y [2])
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
NO CONVENCIONAL 1 36 52 73 100 104 115 147 156 209 677
0
100
200
300
400
500
600
700
GWh
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Importaciones 146,80 81,52 60,69 28,27 21,84 22,05 22,92 16,28 84,61 63,99 138,38 136,67
No convencional 19,23 44,29 50,48 51,43 48,32 53,66 56,02 66,86 71,32 69,89 73,21 72,09
Trmicas 903,16 919,61 864,55 787,55 731,89 548,18 501,97 504,23 779,03 668,16 836,16 892,84
Hidroelctricas 702,60 584,71 847,71 939,75 1066,14 1172,18 1259,16 1217,92 878,45 1019,97 701,40 732,62
TOTAL 1771,79 1630,13 1823,43 1807,00 1868,19 1796,07 1840,07 1805,29 1813,41 1822,01 1749,15 1834,22
0,00
200,00
400,00
600,00
800,00
1000,00
1200,00
1400,00
1600,00
1800,00
2000,00
GWh
-
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En la Figura 1.10, se realiza una comparacin de la energa demandada en el pas
frente a la produccin neta de energa tomando en cuenta el impacto que tienen las
importaciones, durante el ao 2014.
Figura 1.10: Comparacin de la demanda de energa vs la produccin de energa con y
sin importaciones durante el 2014 (Elaborado a partir de [1] y [2])
En la Figura 1.11, se muestra el porcentaje de participacin que han tenido los
distintos tipos de centrales de generacin para abastecer la demanda del sistema
elctrico ecuatoriano para el ao 2014.
Figura 1.11: Participacin de los distintos tipos de generacin en la produccin de energa
durante el ao 2014 (Elaborado a partir de [1])
1500
1550
1600
1650
1700
1750
1800
1850
1900
GWh
ene-14 feb-14 mar-14 abr-14may-14
jun-14 jul-14 ago-14 sep-14 oct-14 nov-14 dic-14
DEMANDA 1733,16 1599,08 1780,84 1750,34 1808,34 1733,68 1771,87 1734,28 1669,53 1760,41 1720,92 1820,14
CON IMPORT. 1771,79 1630,13 1823,43 1807 1868,19 1796,07 1840,07 1805,29 1813,41 1822,01 1749,15 1834,22SIN IMPORT. 1624,99 1548,61 1762,74 1778,73 1846,35 1774,02 1817,15 1789,01 1728,8 1758,02 1610,77 1697,55
52%41%
3% 4%
Hidroelctricas Trmicas
No convencional Importaciones
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1.5.ANLISIS DE LA SITUACIN FUTURA DEL SNI
Este anlisis se realiza tomando como referencia el Plan Maestro de Electrificacin
2013-2022 publicado por el CONELEC en el ao 2012, de la misma forma que elanlisis de la situacin actual, se enfoca en el anlisis de la demanda y de la oferta
de energa en el SNI.
1.5.1.ANLISIS DE LA DEMANDA
la proyeccin de la demanda se convierte en el eje fundamental a partir del cual
se desarrolla la planificacin, debido a que considera una serie de hiptesis
debidamente sustentadas que contemplan la evolucin histrica de la demanda
elctrica a nivel nacional, los impactos producidos por la incorporacin de cargas
especiales al sistema, variables polticas, econmicas, sociales, ambientales y
tecnolgicas que se reflejan en el comportamiento de la demanda elctrica. [5, p.
1; VOL 2]
Para el anlisis de la demanda proyectada para el periodo 2013-2022 adems de
analizar el crecimiento tendencial de la poblacin, ha sido necesario considerar
otros factores trascendentales que influirn directamente en el clculo proyectado
de la demanda durante la prxima dcada, entre los principales estn: migracin
paulatina al uso de cocinas elctricas de induccin desde el 2015, los proyectos
mineros, el transporte elctrico masivo (metro de Quito), la interconexin y
abastecimiento al sistema elctrico petrolero ecuatoriano a travs del Proyecto
OGE, el abastecimiento a la demanda de la refinera del pacfico, el cambio de la
matriz energtica productiva, entre otros.
En la Figura 1.12 se muestra todos los factores que se han considerado en el PME
2013-2022 para el clculo de proyeccin de la demanda del sistema elctrico
ecuatoriano.
-
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13
Figura 1.12: Factores que influyen en el clculo de la proyeccin de la demanda
(Elaborado a partir de [5])
En la Figura 1.13 se muestra los resultados del anlisis de proyeccin de la
demanda realizados por el CONELEC hasta el ao 2022, se muestra la evolucin
de la demanda de energa de acuerdo al grupo de consumo, como resultado de la
proyeccin se estima un crecimiento promedio anual del 5%.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PROYECCINDE LA DEMANDA
Migracin paulatina al uso de cocinas elctricas
Proyectos mineros
Industria del acero y cemento
Transporte elctrico masivo (metro de Quito, tranva de Cuenca)
Interconexin y abastecimiento al sistema elctrico petrolero ecuatoriano
Abastecimiento a la demanda de la refinera del pacfico
El cambio de la matriz energtica productiva
Mejoramiento de la eficiencia energtica de sectores residencial y productivo
Ciudad del conocimiento Yachay
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Figura 1.13: Evolucin histrica y proyeccin de la facturacin total de energa por grupo
de consumo [5]
La Tabla 1.2 muestra los resultados de la proyeccin de la demanda de energa
elctrica en bornes de generacin hasta el ao 2022 desarrollado por el CONELEC,
esta proyeccin se la realiza en base al anlisis de la demanda anual y la tasa de
crecimiento de la demanda de energa elctrica medido desde el ao 2001 hasta el
2012, los resultados muestran tres posibilidades de crecimiento (menor, medio ymayor). Luego se muestra un grfica del crecimiento tendencial de la demanda de
energa elctrica en base a los resultados obtenidos (Figura 1.14).
Tabla 1.2: Proyeccin del crecimiento de la demanda de energa en bornes de
generacin [5]
AO
DEMANDA DE ENERGA (GWh)
CRECIMIENTOHistrico
Menor Medio Mayor2001 10,859
2002 11,541
2003 12,115
2004 12,960
2005 13,769
2006 14,689
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022
Alumbrado P. 675 697 716 741 765 806 820 812 883 911 917 935 952 969 987 1004 1022 1040 1058 1077
Residencial 3270 3516 3702 3896 4095 4385 4672 5114 5351 5760 5899 6119 6340 6563 6790 7022 7261 7505 7754 8014
Comercial 1700 1819 1966 2113 2205 2368 2528 2672 2955 3163 3730 4125 4515 4875 5189 5508 5818 6121 6430 6774
Industrial 3402 3731 4015 4401 4549 4943 5193 5478 6376 6773 6824 7197 7572 7955 8350 8766 9202 9660 10141 1 0677
Total 9047 9763 10399 11151116141250213213140761556516607173701837619379203622131622300233032432625383 26542
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
VentadeEnega[GWh]
-
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15
2007 15,457
2008 16,315
2009 16,877
2010 17,594
2011 18,6452012 19,547
2013 20,056 20,634 20,867
2014 20,829 21,639 22,106
2015 23,553 24,574 25,339
2016 28,088 29,313 30,436
2017 34,137 35,571 37,106
2018 35,328 36,982 38,967
2019 36,645 38,534 41,016
2020 37,866 40,009 43,035
2021 38,927 41,339 44,963
2022 39,935 42,701 46,913
La sensibilidad en el comportamiento de la demanda de energa fue realizada por
el CONELEC en base al comportamiento de la variacin del PIB ecuatoriano
durante el periodo 2001-2012.
Figura 1.14: Evolucin de la demanda de energa elctrica en bornes de generacin [5]
El mismo anlisis ha sido realizado para la proyeccin de la demanda anual de
potencia elctrica en bornes de generacin (Tabla 1.3 y Figura 1.15).
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
4000045000
50000
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022
Menor Medio Mayor Histrico
-
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Tabla 1.3: Proyeccin del crecimiento de la demanda mxima de potencia en bornes de
generacin [5]
AO
DEMANDA DE POTENCIA (MW)
CRECIMIENTO HistricoMenor Medio Mayor
2001 2,002
2002 2,132
2003 2,223
2004 2,401
2005 2,424
2006 2,642
2007 2,706
2008 2,785
2009 2,768
2010 2,879
2011 3,052
2012 3,207
2013 3,247 3,334 3,370
2014 3,357 3,48 3,551
2015 3,876 4,032 4,15
2016 4,686 4,875 5,047
2017 5,448 5,669 5,906
2018 5,717 5,974 6,2822019 5,911 6,205 6,589
2020 6,110 6,442 6,909
2021 6,277 6,65 7,210
2022 6,437 6,864 7,513
La sensibilidad en el comportamiento de la demanda de potencia fue realizada por
el CONELEC en base al comportamiento de la variacin del PIB ecuatoriano
durante el periodo 2001-2012.
-
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Figura 1.15: Evolucin de la demanda de potencia elctrica en bornes de generacin [5]
1.5.2.ANLISIS DE LA OFERTA
El plan de expansin del parque generador representa un pilar fundamental en el
desarrollo del pas, este anlisis depende directamente de los estudios de
proyeccin de la demanda, pues su objetivo fundamental es abastecer la demanda
a toda hora y frente a cualquier circunstancia. Los nuevos proyectos de generacinno solamente deben limitarse a cumplir con el abastecimiento de la demanda, pues,
tambin deben cumplir con requerimientos tcnicos de operacin, ambientales y
econmicos, es decir, una central de generacin debe ser eficiente, segura,
amigable con el ambiente y sus costos de operacin deben ser razonables acorde
a la economa del pas.
1.5.2.1.Supuestos empleados para la simulacin del sistema elctrico ecuatoriano
Los supuestos empleados para la simulacin del sistema elctrico ecuatoriano son
los siguientes: [5, p. 10; VOL 3]
Demanda: se consideran varios escenarios de crecimiento, denominados
hiptesis, de los cuales el que incorpora la proyeccin estadstica de la
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022
Series1 Series2 Series3 Series4
-
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18
demanda sirve de punto de partida para la configuracin de los dems
escenarios, en funcin de la inclusin de cargas adicionales como: desarrollo
industrial, transporte elctrico, Refinera del Pacfico, industria petroqumica,
sustitucin de GLP por electricidad para coccin, e integracin del sistema
elctrico petrolero al S.N.I. (Figura 1.12).
Interconexiones: no se consideran las interconexiones elctricas con los
enlaces existentes a pases vecinos, el abastecimiento ser nicamente con
recursos propios (Ecuador en autarqua). Se considera la exportacin de
energa elctrica, bajo condiciones de abastecimiento local satisfechas, los
excedentes de energa son debido a condiciones hidrolgicas favorables y
en base a los acuerdos operativos y comerciales.
Retiro de centrales trmicas:se considera el retiro de aquellas centralestrmicas para las que no se ha planificado su rehabilitacin debido a su
obsolescencia tcnica declarada por el CONELEC, y que sern desplazadas
por tecnologas ms baratas en base a combustibles menos costosos y
menos contaminantes.
Cumplimiento de metas en eficiencia energtica:conforme a los planes
de eficiencia emitidos por el MEER, sus polticas y lineamientos energticos,
se realizarn simulaciones en las cuales se proyecta la demanda con
diferentes ndices de ingreso y penetracin de los distintos programas yproyectos sobre eficiencia energtica.
Cargas especiales, cambio de matriz energtica: plan de inclusin de
cocinas elctricas que disminuir sustancialmente el uso de GLP en el pas.
Otra carga especial constituye la Refinera del Pacfico, que a partir del 2016
su consumo ser de 370 MW. Los grandes proyectos de transporte masivo
como el Metro de la ciudad de Quito y el Tranva en Cuenca, necesitarn un
suministro de cerca de 75 MW de potencia en el 2016.
Una vez definidas ests directrices, los principales proyectos de generacin
planificados para el ao 2015 hasta el 2022 en el PME 2013-2022, se detallan a
continuacin en la Tabla 1.4:
-
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19
Tabla 1.4: Plan de expansin de generacin 2013-2022, considerando las centrales que
entran en operacin a partir del ao 2015 [5, p. 26; VOL 3]
OperacinCompleta
Proyecto/Central Empresa/Institucin TipoPotencia
[MW]Energa Media
[GWh/ao]
mar-15 ManduriacuCELEC EP -
EnernorteHidroelctrico 60 367
abr-15 Paute - SopladoraCELEC EP -Hidropaute
Hidroelctrico 487 2800
may-15 Toachi-Pilatn Hidrotoapi EP Hidroelctrico 253 1190
may-15 San Bartolo Hidrosanbartolo Hidroelctrico 48,1 315
oct-15Machala Gas
Ciclo CombinadoCELEC EP -
Termogas MachalaTermoelctrico 100 700
dic-15 Delsitanisagua CELEC EP -Gensur Hidroelctrico 116 904
dic-15 QuijosCELEC EP -Enerjubones
Hidroelctrico 50 353
ene-16Minas - SanFrancisco
CELEC EP -Enernorte
Hidroelctrico 276 1290
feb-16Coca Codo
SinclairCocaSinclair EP Hidroelctrico 1500 8743
mar-16Soldados Minas
YanucayElecaustro S.A. Hidroelctrico 27,8 190
oct-16La Merced de
JondachiCELEC EP -
Termopichincha Hidroelctrico 18,7 115
dic-16 Santa Cruz Hidrocruz S.A. Hidroelctrico 129 768
ene-17 Tigre Hidroequinoccio EP Hidroelctrico 80 408
jul-17 Due Hidroalto S.A. Hidroelctrico 49,7 421
sep-17Trmica Gas Ciclo
Simple ICELEC EP Termoelctrico 250 1752
oct-17Trmica Gas Ciclo
Combinado ICELEC EP Termoelctrico 125 876
may-18 Sabanilla Hidrelgen S.A. Hidroelctrico 30 210
oct-21 Chontal - ChirapiCELEC EP -
EnernorteHidroelctrico 351 1766
dic-21 Paute CardenilloCELEC EP -Hidropaute
Hidroelctrico 564 3356
TOTAL 4455,3 26157
-
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20
En la Figura 1.16 se ilustra la curva de proyeccin de crecimiento anual de la
demanda conjuntamente con los proyectos de generacin que entrarn en
funcionamiento cada ao en el perodo 2013-2022, tambin se muestra una curva
de proyeccin de reserva anual de potencia, la cual es funcin directa de la
demanda proyectada y de la potencia instalada en generacin proyectada para
cada ao. Se puede observar que los perodos ms crticos son a inicios del ao
2015 y 2016, donde la demanda presenta un crecimiento muy pronunciado y los
proyectos de generacin proyectados por el plan an no entran en funcionamiento,
este problema se debe principalmente al incremento de la demanda ocasionado
por el cambio de cocinas a gas por cocinas de induccin previsto para estos
perodos.
Figura 1.16: Infraestructura en generacin para el PME 2013-2022 [5, p. 25; VOL 3]
-
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21
CAPTULO 2
2.MARCO TERICO
En el presente captulo se detallan los conceptos ms relevantes de la teora que
abarca un estudio elctrico en estado estable y dinmico, esto a fin de proporcionar
una base terica para los estudios analizados posteriormente. Adems, se realiza
una explicacin sobre los cdigos de red, su base conceptual y la importancia de
los estudios elctricos. Finalmente se detallan los criterios de evaluacin que sern
considerados para el desarrollo de la aplicacin prctica.
2.1.DEFINICIONES GENERALES
2.1.1.CENTRAL DE GENERACIN CONVENCIONAL
Central que genera electricidad usando como fuente primara de energa agua o
recursos energticos no renovables como el carbn, combustibles fsiles,
derivados del petrleo, gas natural, materiales radioactivos, entre otros, los cuales
tienen un impacto negativo muy importante sobre el ambiente [6].
2.1.2.CENTRAL DE GENERACIN NO CONVENCIONAL
Central que genera electricidad mediante el aprovechamiento de recursos
energticos renovables como el sol, viento, agua (centrales con capacidad menor
a 50 MW), calor interno de la tierra, biomasa, olas, mareas, entre otros, los cuales
tienen un impacto ambiental negativo muy pequeo [6].
2.1.3.CENTRALES TIPO A
Centrales de generacin convencional y no convencional a excepcin de centrales
fotovoltaicas. Se caracterizan porque su produccin no se ve afectada por la
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presencia de radiacin solar, estas centrales varan su produccin principalmente
dependiendo de las condiciones hidrolgicas en las cuencas de los ros que
abastecen a las centrales de base y los requerimientos de la demanda. Su
funcionamiento tambin se ve afectado por otros factores, entre los que se puede
mencionar: altura de instalacin, presin atmosfrica, temperatura, velocidad del
viento (para centrales elicas), entre otros, estos no son considerados de mayor
importancia para fines de simulacin en el sistema, pero determinantes durante la
etapa de diseo (Figura 2.1).
Figura 2.1: Principales factores que influyen en el funcionamiento de una central tipo A
(Elaboracin propia)
2.1.4.CENTRALES TIPO B
Centrales de generacin fotovoltaica, cuya produccin depende directamente de la
presencia de radiacin solar, sin embargo, para su modelamiento en el sistema, su
funcionamiento se considera afectado por las condiciones hidrolgicas y los
requerimientos de la demanda. Esta diferenciacin se realiza debido a que para los
estudios que se proponen posteriormente es necesario considerar las horas del da
CENTRALESTIPO A
CondicionesHidrolgicas
Altura deinstalacin
Velocidad delviento
PresinAtmosfrica
Temperatura
-
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en que una central fotovoltaica puede funcionar, fundamentalmente la hora del da
en la que la central entrega su mxima potencia (Figura 2.2).
Figura 2.2: Principales aspectos que influyen en el funcionamiento de una central tipo B
(Elaboracin propia)
2.1.5.ZONA DE INFLUENCIA ELCTRICA
rea sobre la cual un determinado componente del sistema elctrico tiene una
afectacin real, es decir, su operacin afectar directamente las condiciones
operativas de los elementos elctricos ubicados dentro de sta.
No existe un mtodo definido para determinar la zona de influencia de uncomponente elctrico, sin embargo, se puede analizar ciertos criterios tcnicos que
facilitarn su determinacin, estos son:
Potencia de las centrales de generacin.-si a una determinada barra est
conectada una central de alta potencia, dicha barra no se ver afectada por
la operacin de una pequea central.
CENTRALESTIPO B
CondicionesHidrolgicas
Radiacinsolar
Altura deinstalacin
Presinatmosfrica
Temperatura
-
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Longitud de las lneas de transmisin.- la distancia elctrica entre
elementos es importante, as por ejemplo, una central instalada en Loja no
afectar el comportamiento de las barras en Tulcn.
2.1.6.FLUJO DE POTENCIA
Representa una fotografa de la condicin de operacin del sistema en un instante
de tiempo determinado, cuando este se encuentra operando en estado
estacionario. La informacin que se puede obtener de un estudio de flujos de
potencia es: magnitud y ngulo de fase de los voltajes de las barras, potencias
activa y reactiva que fluyen por las lneas de transmisin, transformadores y
generadores, entre otros [7].
2.1.7.CONTINGENCIA
Se define como contingencia al evento en el que un sistema elctrico ha sufrido la
salida o desconexin de uno o varios de sus elementos, que pudiera variar
significativamente sus condiciones operativas, esto comprende la desconexin de
lneas de transmisin, centrales o unidades de generacin, equipos de
compensacin, grandes cargas, entre otros.
2.1.7.1.Criterio n-1
Se puede decir que un sistema elctrico de potencia cumple con el criterio n-1
cuando ste permanece en condiciones operativas aceptables luego de que ha
sufrido la salida repentina de uno de sus elementos (lneas de transmisin,
generadores, bancos de capacitores, compensadores reactivos, entre otros), el
cual pudiera afectar significativamente las condiciones de operacin del sistema,
esto quiere decir, el sistema no debe operar fuera de los rangos de voltaje y
cargabilidad establecidos para estas condiciones, y no deben actuar las
protecciones ni debe presentarse salidas forzadas de equipos o cargas [8].
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2.1.8.CORTOCIRCUITO
Evento de falla del sistema, el cual interfiere con el flujo normal de la corriente,
puede ser causado por diferentes factores, los cuales pueden ser: internos del
sistema, externos o ambientales, humanos, y otros [7]. Su clasificacin se realiza
de acuerdo a su origen: generacin, transmisin y distribucin. Las principales
causas de falla en un sistema elctrico son:
Descargas atmosfricas;
Ruptura de cadenas de aisladores;
Fallas en aislamiento de equipos;
Daos en torres;
Contacto de una L/T con objetos o animales;
Mala operacin de equipos;
El estudio de cortocircuitos permite dimensionar la capacidad de interrupcin de
equipos y la coordinacin de las protecciones en el sistema. As tambin se tiene
informacin para el dimensionamiento de mallas de puesta a tierra.
La probabilidad de ocurrencia de estos eventos en cierto modo es incierta, pero de
acuerdo a informacin estadstica se tiene una referencia de cules son las fallas
ms probables, por tanto de mayor inters, estas son:
Falla trifsica
Falla bifsica a tierra
Falla monofsica a tierra
Las fallas monofsicas a tierra son las ms comunes, y generalmente son
ocasionadas por descargas atmosfricas.
En el estudio de cortocircuitos se diferencia dos conceptos fundamentales para
determinar los escenarios de anlisis, estos son:
Mximas Corrientes.- Se define esta condicin cuando al ocurrir un
cortocircuito en la red, ste genera las corrientes de cortocircuito de mayor
magnitud, debido a la configuracin de la red en la zona cercana al punto de
la falla, principalmente se debe a las centrales de generacin presentes en
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dicha zona. Es as que para zonas en donde existe mayor presencia de
centrales hidrulicas, las mximas corrientes de cortocircuito ocurrirn
durante el periodo lluvioso a demanda mxima, es decir cuando se
encuentran operando la mayora de estas centrales. Mientras que para
zonas en donde existe mayor presencia de centrales trmicas, las mximas
corrientes de cortocircuito se presentan durante el periodo seco a demanda
mxima.
Mnimas Corrientes.-De manera anloga al caso de mximas corrientes,
la condicin de mnimas corrientes se da cuando al ocurrir un cortocircuito
en la red, ste genera las corrientes de cortocircuito de menor magnitud,
debido a la configuracin de la zona cercana al punto de falla. Para zonas
donde existe mayor presencia de centrales hidrulicas, las mnimascorrientes ocurren durante el periodo seco, a demanda mnima. Mientras que
para las zonas donde existe mayor presencia de centrales trmicas, las
mnimas corrientes de cortocircuito se presentan durante el periodo lluvioso
a demanda mnima.
2.1.9.ESTABILIDAD DE UN SEP
Se puede definir a la estabilidad de un sistema de potencia como la propiedad quele permite operar en condiciones estables o de equilibrio, tanto para condiciones
normales, as como despus de ser sometido a una perturbacin.
2.1.10.ESTABILIDAD DE VOLTAJE
La estabilidad de voltaje es la habilidad de un SEP para mantener niveles de voltaje
aceptables en todas la barras del sistema bajo condiciones de operacin normal y
luego de haber sido sometido a una perturbacin. Un sistema entra en estado de
inestabilidad de voltaje cuando una perturbacin, incremento de carga de la
demanda, o un cambio en las condiciones del sistema causa una cada de voltaje
progresiva e incontrolable. El principal factor causante de inestabilidad es la
incapacidad del sistema de potencia de abastecer la demanda de potencia reactiva
[9].
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De acuerdo con este criterio, se define a la estabilidad de voltaje como la capacidad
de un sistema de potencia para mantener los voltajes en cada barra en valores
prximos a los valores nominales, luego de haber sido sujeto a una perturbacin.
De acuerdo al tipo de perturbacin a la que es sometido el sistema, la estabilidad
de voltaje puede ser de gran perturbacin y pequea perturbacin. De estos dos,
resulta de mayor inters el anlisis de estabilidad de voltaje de pequea
perturbacin, pues su aplicacin resulta muy prctica para la evaluacin del impacto
de nuevas centrales de generacin al conectarse al sistema.
2.1.10.1.Pequea Perturbacin
Los estudios de estabilidad de voltaje de pequea perturbacin analizan elcomportamiento del voltaje en las barras del sistema frente a variaciones de
potencia activa de una carga o variaciones de la potencia reactiva de una central
de generacin, estos estudios evalan el comportamiento del sistema en estado
estacionario debido a que las perturbaciones a las que es sometido el sistema son
de naturaleza estacionaria.
Un criterio para analizar la estabilidad de voltaje de pequea perturbacin es que,
para una condicin de operacin dada para cada barra del sistema, la magnitud del
voltaje en la barra debe incrementar cuando la inyeccin de potencia reactiva en la
misma barra incrementa. Un sistema presenta inestabilidad de voltaje si, por lo
menos en una barra, la magnitud del voltaje de la barra disminuye cuando la
inyeccin de potencia reactiva en la misma barra es incrementada. En otras
palabras, un sistema tiene estabilidad de voltaje si la sensibilidad V-Q es positiva
para cada barra e inestable si al menos en una barra la sensibilidad V-Q es negativa
[9].
2.1.10.1.1.Curvas P-V
Mediante estas curvas se define la capacidad de transferencia de potencia que
tiene el sistema para alimentar a la demanda. El desarrollo de estas curvas requiere
la definicin de los siguientes elementos:
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Barra para medir el voltaje;
Carga que ser modificada.
P
V
A
C
B
Figura 2.3: Representacin de una curva P-V tpica para una barra del sistema
(Elaboracin propia)
En la Figura 2.3 se muestra una tpica curva P-V para una barra del sistema, donde
el punto C se lo conoce como punto crtico de operacin, el segmento AC
representa la zona de operacin segura mientras que el segmento CB representa
la zona inestable del sistema.El objetivo del estudio de las curvas P-V es obtener el punto crtico de operacin
del sistema y observar cmo ste vara con el ingreso de nuevas instalaciones o
modificaciones en el sistema. Adems es posible realizar el anlisis de la zona de
operacin segura del sistema, esto cuando se realiza ciertas modificaciones como
aumento de carga o ingreso de nuevas instalaciones. Para el caso prctico de
estudios elctricos interesa evaluar el desplazamiento del punto crtico de
operacin.
2.1.10.1.2.Curvas Q-V
Para obtener las curvas Q-V se debe modificar el voltaje de una barra y observar el
comportamiento de la potencia reactiva en las barras del sistema (Figura 2.4).
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Q
VQr
Sistema
Inestable
Sistema
Estable
C
Figura 2.4: Curva Q-V post falla tpica de una barra en un sistema estable [Fuente:Elaboracin propia]
Esta curva representa el comportamiento de una barra en el sistema luego de ser
sometido a una perturbacin, para este caso se vara el voltaje en una barra y se
observa el comportamiento de la potencia reactiva en dicha barra.
Para cualquier punto de la curva a la izquierda del punto C (punto de inflexin), el
sistema es inestable, mientras que para cualquier punto a la derecha del punto C
el sistema es estable.
Qrrepresenta el margen o reserva de potencia reactiva que tiene la barra para evitar
un posible colapso de voltaje.
Q
V
Qr
Figura 2.5: Curva Q-V para una barra en un sistema que sufre un colapso de voltaje
(Elaboracin propia)
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En la Figura 2.5 se puede ver que no existe interseccin entre la curva y el eje del
voltaje, en este caso se presenta un colapso de voltaje en el sistema, debido a que
la barra no tiene suficiente potencia reactiva para mantener estable el voltaje.
Qr representa el margen de potencia reactiva que le hace falta a la barra paramantener la estabilidad de voltaje del sistema.
2.1.11.ESTABILIDAD DE NGULO DEL ROTOR
Se define como la habilidad de las mquinas sincrnicas conectadas a un sistema
de potencia para mantenerse en sincronismo. Cuando dos o ms mquinas se
encuentran conectadas en un sistema, los voltajes y corrientes del estator deben
tener la misma frecuencia, entonces, los rotores de todas las mquinas
interconectadas deben estar en sincronismo [9].
De acuerdo a la naturaleza de las perturbaciones, la estabilidad de ngulo del rotor
puede ser estudiada desde dos puntos de vista: estabilidad transitoria y estabilidad
de pequea seal.
2.1.11.1.Estabilidad transitoria
Se define como la capacidad de un sistema de potencia para mantenerse en
sincronismo cuando es sometido a una perturbacin transitoria severa (p.e. fallas
en L/T, desconexin de equipos). La respuesta del sistema implica grandes
oscilaciones de ngulo de rotor de los generadores del sistema y se debe a la
relacin no lineal de las variables potencia-ngulo. La estabilidad depende de dos
factores muy importantes: la condicin inicial de operacin del sistema y la
severidad de la perturbacin. Normalmente, el sistema se altera de manera que la
operacin de estado estacionario luego de la perturbacin vara respecto a sucondicin de operacin previa [9].
Cabe notar que para el estudio de estabilidad transitoria no solamente se analiza el
comportamiento del ngulo de rotor de las mquinas, pues, al ocurrir una
perturbacin todas las variables del sistema se ven afectadas y presentan
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oscilaciones. Por tal motivo, tambin se debe evaluar el comportamiento de los
voltajes, la frecuencia, potencia activa y reactiva.
Un criterio fundamental para el anlisis de estabilidad transitoria, es que puede
existir una gran variedad de perturbaciones que afecten al sistema. En tal virtud, elsistema debe estar diseado para poder soportar todo tipo de perturbaciones, por
esto al realizar estudios de estabilidad las fallas que se simulan son las ms graves
(fallas trifsicas o desconexin de unidades de generacin importantes), para de
esta manera se asegurar una adecuada respuesta del sistema ante todo tipo de
perturbacin.
2.1.11.2.Estabilidad de pequea seal
Tambin se la conoce como estabilidad de pequea perturbacin, y se define como
la capacidad de un sistema de potencia para mantenerse en sincronismo bajo
pequeas perturbaciones. Dichas perturbaciones ocurren continuamente en el
sistema debido a pequeas variaciones de la carga y la generacin. Las
perturbaciones deben ser lo suficientemente pequeas para que sea posible la
linealizacin del sistema de ecuaciones que describe el comportamiento del
sistema de potencia [9].
La inestabilidad puede representar dos consecuencias: a) un incremento constante
en el ngulo del rotor debido a la falta de suficiente torque de sincronizacin, y b)
oscilaciones del rotor de amplitud creciente debido a la falta de torque de
amortiguamiento.
La respuesta del sistema frente a una pequea perturbacin depende de un
sinnmero de factores, los principales son: las condiciones iniciales de operacin,
la robustez de la red de transmisin, los sistemas de control de los generadores y
la configuracin de la red.
Los eventos de pequea perturbacin pueden ocasionar diferentes tipos de
oscilaciones en el sistema, como:
a) Modos entre rea: asociados con las oscilaciones de un grupo mquinas en
un rea del sistema frente a mquinas en otra rea. Son ocasionadas por
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dos o ms grupos de mquinas conectadas mediante nexos de transmisin
dbiles. Puede ser una interconexin entre dos pases o regiones. Se
caracterizan porque su frecuencia de oscilacin est entre 0.1 y 0.7 Hz.
Las oscilaciones interrea se clasifican a su vez en dos grupos:
0.1-0.3Hz oscilacin entre dos grupos de generadores. 0.4-0.7Hz oscilacin entre mltiples grupos de generadores.
b) Modos locales o modos sistema-mquina: relacionados con las oscilaciones
entre cierta rea del sistema o unidades dentro de una central de generacin
con respecto a otra rea del mismo sistema. Se caracterizan porque su
frecuencia de oscilacin est entre 0.8 y 2 Hz.
c) Modos entre mquina: se asocian con las oscilaciones entre unidades de
generacin dentro de una misma central, sin que el resto del sistema se vea
afectado. Estas oscilaciones son provocadas por la interaccin entre los
controles de las unidades. Se caracterizan porque su frecuencia de
oscilacin est entre 2 y 3 Hz.
d) Modos de control: asociados con unidades de generacin y controles. La
causa ms usual de inestabilidad de estos modos es la mala sintonizacin
de los controles de una central (reguladores de voltaje y velocidad)
convertidores HVDC y compensadores estticos de reactivos. Su frecuencia
de oscilacin es superior a 4 Hz.
e) Modos de torsin: asociados con los componentes de rotacin del sistema
del eje de la turbina-generador. La inestabilidad de estos es causada por la
interaccin con los controles de excitacin, reguladores de velocidad,
controles HVDC, y lneas con compensacin capacitiva en serie. Su
frecuencia de oscilacin est entre 10 y 46 Hz.
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2.2.CDIGO DE RED
El Cdigo de Red establece los procedimientos y principios que rigen la relacin
entre NGET y todos los usuarios del Sistema Nacional de Transmisin Elctrica,
sean ellos generadores, propietarios de convertidores D.C., proveedores o clientes
no conectados. El Cdigo de Red especifica los procedimientos del da a da con
fines de planeamiento y operacin y cubre circunstancias normales y de
contingencia[10, p. P1]
De acuerdo con este criterio se define a un Cdigo de Red como: una normativa
tcnica, cuyo objetivo es la utilizacin eficiente de la energa, el mejoramiento de la
confiabilidad del sistema, la calidad del servicio elctrico y del producto tcnico;
para ello, establece procedimientos, parmetros y condiciones tcnicas (elctricas
y mecnicas) de construccin y operacin para todos los elementos que conforman
un sistema elctrico.
2.2.1.ESTUDIOS ELCTRICOS
Los estudios elctricos de un proyecto constituyen parte fundamental de un Cdigo
de Red, pues stos detallan las simulaciones que deben realizarse considerando la
incorporacin de nuevas instalaciones para obtener los permisos de conexin al
SNI.
Para el caso de centrales de generacin los estudios elctricos permiten realizar un
anlisis predictivo de los diferentes escenarios en los que se desempear la
central, a partir del cual se facilita la decisin de seleccionar una alternativa de
conexin, implementar equipos de compensacin, equipos de regulacin,
sintonizacin de taps y seleccin de zonas seguras de operacin, entre otros.
En la Figura 2.6 se muestra un mapa sinptico de la estructura, propuesto en este
trabajo, de un estudio elctrico para proyectos de generacin, en base a esta
estructura planteada se desarrolla los anlisis posteriores. Bsicamente la
propuesta se enfoca en tres aspectos: estudios elctricos en estado estable, estado
dinmico y especiales.
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Los estudios elctricos en estado estable son de gran importancia, pues, evalan
la central bajo determinadas condiciones operativas (normales, contingencias y
cortocircuitos) para un instante determinado de tiempo, lo que permite obtener
informacin acerca de cargabilidad de elementos, flujo de potencia, niveles de
voltaje, corrientes y potencias de cortocircuito, entre otros.
Los estudios elctricos en estado dinmico permiten evaluar la estabilidad de un
sistema, analizando el comportamiento dinmico de sus variables, para lo cual es
posible simular conjunto de eventos, como fallas, conexin o desconexin de
equipos, pequeas perturbaciones, entre otros. Un factor determinante son los
sistemas de control de las unidades de generacin, lo cuales, regulan el
comportamiento de las variables del sistema durante una perturbacin.
Los estudios elctricos especiales abarcan tres aspectos de inters: anlisis de
curvas de produccin, coordinacin de protecciones y anlisis de calidad de
energa.
El anlisis de las curvas de produccin es un factor determinante en la
evaluacin de los proyectos elctricos, pues stas deben ser diseadas de
acuerdo a los requerimientos especficos del operador del sistema, en base
a las condiciones de la red en la que se conectar el proyecto de generacin.
Los estudios de coordinacin de protecciones constituyen una parte
fundamental en el anlisis de un proyecto de generacin, ya que permiten
ajustar las caractersticas de los elementos de proteccin principalmente
dentro de la zona de influencia de la central.
El anlisis de calidad de energa est enfocado nicamente para las
centrales de generacin que utilizan un inversor dentro de su proceso de
produccin de energa, como por ejemplo centrales elicas y fotovoltaicas.
Los aspectos que se analizan son los armnicos y el flicker que produce una
determinada central.
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Figura 2.6: Estudios elctricos en estado estable y en estado dinmico para el ingreso de
centrales de generacin al SNI (Elaboracin propia)
Cabe notar que en el presente trabajo no se analiza al detalle los estudios elctricos
especiales, pero de todas formas estos son parte fundamental en el desarrollo de
estudios elctricos para proyectos de generacin.
ESTUDIOSELCTRICOS
ESTUDIOSELCTRICOS EN
ESTADO ESTABLE
Descripcin de lacentral
Alternativas de
conexin
Flujos de potencia
Contingencias
Estudio decortocircuitos
Estabilidad de voltaje
ESTUDIOSELCTRICOS EN
ESTADO DINMICO
Estabilidad transitoria
Estabilidad de pequeaseal
ESTUDIOSELCTRICOSESPECIALES
Curvas de produccin
Calidad de energa
Coordinacin deprotecciones
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2.2.2.CRITERIOS DE EVALUACIN DEL SISTEMA
A continuacin se detallan los parmetros y criterios de evaluacin que deben
cumplir los elementos del sistema para una operacin confiable, esto permite
valorar los resultados de los estudios elctricos en estado estable y dinmico sobre
los elementos del sistema. Los criterios de evaluacin que se detallan han sido
tomados de la regulacin No. CONELEC 006/00 y de los criterios planteados en el
Plan de Expansin de la Transmisin 2014-2023 publicado por CELEC EP unidad
de negocio Transelectric [11] [12].
2.2.2.1.Estado Estable
2.2.2.1.1.Voltaje
El transmisor deber mantener los niveles de voltaje en las barras de 230 kV dentro
de la banda de +7% / -5% del voltaje nominal; en las barras de 138 kV dentro de la
banda de +5% / -7% del voltaje nominal; y, para el caso de las barras 69, 46, 34.5
kV, el transmisor deber mantener los niveles de voltaje dentro de la banda de +3%
/ -3% del voltaje nominal.
2.2.2.1.2.Cargabilidad
En condiciones de operacin normal, las lneas de transmisin no debern operarse
a ms de 100% de su capacidad de transporte segn diseo para la operacin
normal del sistema.
En el largo y mediano plazos no se permiten sobrecargas permanentes. En el corto
y muy corto plazo se pueden fijar lmites de sobrecarga de acuerdo a la duracin
de la misma sin sobrepasar las temperaturas mximas permisibles de los equipos
y sin disminuir la vida til de los mismos.
Para los transformadores, el mtodo empleado para determinar la mxima
sobrecarga se basa en el clculo de la temperatura hora a hora del aceite y de los
devanados del transformador como una funcin de su carga horaria.
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Para considerar la necesidad de ampliacin de capacidad de transformacin, se
considera el criterio de que la cargabilidad de los equipamientos existentes haya
alcanzado el 80% de su capacidad mxima.
2.2.2.1.3.Frecuencia
Operacin en condiciones normales: la frecuencia de referencia coincidir con la
nominal (60.00 Hz) salvo en circunstancias especiales en que el CENACE ordene
un valor distinto. Los lmites de operacin dentro de los cuales deber mantenerse
la frecuencia sern de 0,15 Hz alrededor de la frecuencia de referencia.
2.2.2.1.4.Armnicos
Las formas de onda de voltaje y corriente con respecto al contenido de armnicos
y desbalance de fases cumplirn los requisitos establecidos por la norma
ANSI/IEEE 519, mientras no exista norma tcnica nacional aplicable.
2.2.2.2.Estado Dinmico
Los resultados de estudios elctricos en estado dinmico debern ser evaluados
en funcin de los siguientes criterios:
2.2.2.2.1.Evaluacin de la central
Las unidades de generacin del SNI deben ser capaces de soportar una falla
trifsica durante 100 ms en bornes del lado de alto voltaje del transformador de la
unidad sin perder estabilidad de ngulo con relacin a las dems unidades del
sistema. El tiempo de 100 ms corresponde a la velocidad de actuacin de la
proteccin principal del elemento en falla.
La generacin o absorcin de potencia reactiva de las unidades de generacin
podr transitoriamente exceder los lmites de capacidad de rgimen permanente,
pero despus de 10 segundos de ocurrida la contingencia, esta no deber exceder
el 10% de la capacidad. En el nuevo punto de equilibrio durante la simulacin de la
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contingencia, la potencia reactiva de los generadores deber estar dentro de la
capacidad de rgimen permanente.
2.2.2.2.2.Evaluacin del sistema
El sistema estar diseado y operado para soportar sin consecuencias graves ante
una simple contingencia (n-1). Se entiende por consecuencia grave si ante la salida
de un generador, transformador o lnea de transmisin resultara:
Inestabilidad del SIN.
Sobrecarga de lneas y/o transformadores por ms de quince (15) minutos.
Desviaciones de voltaje superiores a 10%.
Para este criterio se permite la separacin del sistema en islas elctricas, la
desconexin de carga o desconexin de generacin por disparos de lneas.
2.2.2.2.3.Voltaje
En las barras principales del sistema de transmisin el voltaje transitorio no debe
estar por debajo de 0.8 (p.u.) durante ms de 500 ms.
Una vez despejada la falla y desconectando el circuito o los circuitos del sistema,
segn el caso, el voltaje no debe permanecer por debajo de 0.8 p.u. por ms de
700 ms en el proceso de simulacin de estabilidad dinmica.
Despus de la contingencia en el nuevo punto de equilibrio, los voltajes en las
barras de 230 kV y 138 kV no deben ser inferiores a 0.9 p.u.
El cambio de voltaje al conectar o desconectar bancos de condensadores o
reactores, deber ser inferior al 5% del voltaje nominal de la barra donde se ubica
la compensacin.
El voltaje mximo permitido en el extremo abierto de las lneas (Efecto Ferranti)
ser del 1.15 p.u.
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El voltaje mximo transitorio permitido en el sistema durante un rechazo de carga
ser de 1.3 p.u.
El control de voltaje deber ser constante y el CENACE deber vigilar que sus
valores no excedan de los lmites establecidos en las normas vigentes. El voltajedel SNI se controlar a travs de:
a) Los equipos de compensacin del sistema (capacitores y reactores).
b) Los cambiadores automticos bajo carga (OLTC).
c) Reguladores de voltaje (AVR) en los generadores.
2.2.2.2.4.Cargabilidad
Durante la etapa de planificacin no se permitirn sobrecargas en los
transformadores de potencia 230/138 kV en el nuevo punto de equilibrio que se
alcanzara despus de la simulacin de la contingencia. La capacidad de los
transformadores se determina por la capacidad nominal en MVA.
En la simulacin de contingencias se permitirn sobrecargas en lneas de 230 kV o
138 kV hasta del 10% cuando se alcance el nuevo punto de equilibrio del sistema.
Una sobrecarga en lneas del 10% debe ser eliminada en el siguiente redespacho
econmico del CENACE. La capacidad de la lnea se determina entre el menorvalor del lmite trmico del conductor, capacidad de los transformadores de
corriente o capacidad de corriente de las trampas de onda.
2.2.2.2.5.Frecuencia
Durante el proceso oscilatorio y en el nuevo punto de equilibrio la frecuencia del
sistema no debe ser inferior a 57.5 Hz ni superior a 63 Hz. Para frecuencias
inferiores a 59.5 Hz se debe implementar un esquema de alivio de carga.
2.2.2.2.6.Modelamiento de la demanda
El modelamiento de la demanda en las simulaciones de estabilidad dinmica y
transitoria debe ser lo ms cercana a la realidad, es decir con dependencia del
voltaje y de la frecuencia.
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En aquellas barras donde no se tenga informacin del comportamiento de la
demanda para condiciones de estabilidad se modelar con parmetros tpicos.
2.2.2.2.7.Estabilidad de ngulo
En las mquinas, los ngulos del rotor deben oscilar de forma coherente y
amortiguada con respecto a una referencia. En el caso de resultar redes aisladas
despus de un evento, en cada red se escoger una referencia, que generalmente
es la planta de mayor capacidad.
Las oscilaciones de los ngulos de rotor, flujos de potencia y voltajes del sistema
debern tener amortiguamiento positivo, es decir, en la simulacin se chequear
que el sistema llegue a una nueva situacin de equilibrio.
2.2.2.2.8.Estabilidad de pequea seal
Al evaluar la estabilidad del sistema de transmisin ante pequeas perturbaciones,
se debe chequear que los modos oscilatorios resultantes del estudio tengan una
amortiguacin mayor al 5%. Si no se cumple con el requisito de amortiguacin se
deben ajustar apropiadamente los sistemas de control de las unidades de los
equipos del SNI y como ltimo recurso, limitar las transferencias por el sistema detransmisin.
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CAPTULO 3
3.ESTUDIOS ELCTRICOS EN ESTADO ESTABLE
En el presente captulo se detallan los estudios elctricos en estado estable que
deben realizarse obligatoriamente a los proyectos de generacin que desean
obtener los permisos de conexin al SNI, el objetivo principal es evaluar la
incidencia que tendrn las nuevas instalaciones sobre el sistema desde una
perspectiva de estado estable.
Dentro del alcance de los estudios elctricos de estado estable corresponde el
desarrollo de los siguientes aspectos: descripcin de la central de generacin y sus
componentes, anlisis de alternativas de conexin, flujos de potencia,
contingencias, cortocircuitos y estabilidad de voltaje.
En la Figura 3.1 se ilustra un diagrama de bloques que muestra los aspectos que
deben ser analizados para los estudios elctricos en estado estable de las nuevas
centrales de generacin.
Figura 3.1: Estructura de un Estudio Elctrico en Estado Estable (Elaboracin propia)
A continuacin se desarrolla cada uno de los aspectos que comprenden los
estudios elctricos en estado estable.
ESTUDIOS ELCTRICOS EN ESTADOESTABLE
Descripcinde la Central
Alternativasde conexin
Flujos dePotencia Contingencias Cortocircuitos
Estabilidadde Voltaje
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3.1.DESCRIPCIN ELCTRICA DE LA CENTRAL
Consiste en brindar informacin sobre los principales datos tcnicos elctricos de
la central de generacin, los elementos con la que sta se conecta al sistema detransmisin (transformadores y lneas de transmisin) y los sistemas de control. La
informacin requerida de cada elemento est orientada a la modelacin y
simulacin de la central, por tal razn el detalle de informacin requerida se enfoca
nicamente en los parmetros necesarios para armar el modelo de la central y
simular su comportamiento en el sistema.
En la Figura 3.2 se resaltan los principales elementos que deben ser detallados
para la descripcin de la central de generacin.
Figura 3.2: Ilustracin de los principales componentes para la conexin de la central de
generacin al sistema (Elaboracin propia)
Para realizar una descripcin correcta de la central, que sea de utilidad para
posteriores estudios, hay que considerar 3 elementos imprescindibles de anlisis,
que son: la unidad de generacin, el transformador y la lnea de transmisin con
que se conectar al sistema de transmisin. A partir de esto, y en general, una
descripcin de la central debe considerar la informacin de los elementos
mostrados en la Figura 3.3.
BARRA ABARRA C BARRA B
SNI
SG~
GENERADOR
TRANSFORMADOR
LNEA DE TRANSMISIN
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Figura 3.3: Elementos que componen la descripcin de la central de generacin
(Elaboracin propia)
En la regulacin No. CONELEC005/08, se encuentra un listado detallado de los
requisitos de informacin tcnica requerida para la modelacin elctrica y la
ejecucin de funciones de aplicacin del Sistema de Gestin de Energa EMS,
esta regulacin aplica para nuevas instalaciones, inicio de cada perodo estacional
o cuando se presenten modificaciones.
A continuacin se detalla el listado de informacin tcnica requerida para nuevas
centrales de generacin, el listado toma como referencia la regulacin No.
CONELEC005/08 [13].
3.1.1.DATOS GENERALES DE LA CENTRAL
3.1.1.1.Parmetros generales por central
Nombre de la Central
Fecha de declaracin de los parmetros
Tipo de Central Ubicacin Geogrfica
No. de Unidades
Consumo de Servicios Auxiliares (%).
Restricciones asociadas a la operacin de la central
Restricciones fsicas u operativas de la unidad
DESCRIPCIN DELA CENTRAL
Datosgenerales Generador Transformador
Lnea detransmisin
Sistemas decontrol
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3.1.1.2.Datos por unidad de generacin
Potencia Nominal (MW).
Potencia Mnima (MW).
Potencia Efectiva (MW).
Voltaje Nominal (kV).
Factor de potencia (p.u.)
Mxima Generacin de Potencia Reactiva (MVAR).
Mxima Absorcin de Potencia Reactiva (MVAR).
Curva de Capabilidad
Estatismo de la unidad (%).
Velocidad de giro. Resistencias y reactancias de la mquina (ohm).
Constantes transitorias (s).
3.1.1.3.Diagramas de bloques y parmetros de los modelos de los sistemas de control
RAT (Regulador Automtico de Voltaje)
UEL_min (Limitador de mnima excitacin)
UEL_max (Limitador de mxima excitacin)
PSS (Estabilizador de sistema de Potencia)
RAV (Regulador Automtico de Velocidad)
3.1.2.LNEAS DE TRANSMISIN Y ESTRUCTURAS
Nmero de circuitos.
Nivel de voltaje (kV). Subestaciones de salida y de llegada.
Longitud (km).
Tipo de conductor.
Resistencia y Reactancia de la Lnea de Transmisin.
Susceptancia de secuencia positiva de la Lnea de Transmisin
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Capacidad mxima de transmisin (MVA) de la lnea por circuito.
Geometra del conductor (Para cables subterrneos).
Geometra de las estructuras.
3.1.3.TRANSFORMADORES Y AUTOTRANSFORMADORES
Nombre del transformador
Potencia nominal.
Diseo del equipo (transformador, autotransformador)
Tipo de conexin.
Nmero de devanados.
Unidad trifsica o monofsica.
Voltaje nominal para cada devanado.
Nmero de pasos de cambiador de tap sin carga, indicando para cada tap la
relacin de transformacin nominal.
Nmero de pasos de cambiador de tap (OLTC) con carga con relacin de
voltaje o porcentaje de variacin.
Valor de voltaje e impedancia de cortocircuito de cada devanado para cada
posicin de tap y/o LTC.
Banda muerta donde el LTC no acta.
Calibracin de los valores de voltaje para la variacin de la posicin del tap
en el LTC, en posicin de automtico.
Para cada combinacin de los devanados (primario - secundario, primario - terciario
y secundario - terciario para el caso de 3 devanados) y en la posicin nominal del
tap:
Prdidas de cortocircuito (kW).
Prdidas en vaco (kW).
Impedancia de cortocircuito en % de la impedancia nominal.
Corriente de vaco en % de la corriente nominal.
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3.2.ALTERNATIVAS DE CONEXIN
Para el desarrollo de los estudios elctricos es imprescindible plantearse al menos
dos alternativas de conexin ya sea a diferentes niveles de voltaje, en diferentespuntos de conexin al sistema o con diferente configuracin de las lneas de
transmisin, a partir de las cuales se realizar un anlisis tcnico-econmico para
determinar cul es la opcin ms viable.
El estudio de las posibles alternativas de conexin se enfoca en tres ejes a partir
de los cuales se deber determinar cul es la mejor opcin para la conexin de la
nueva central al sistema, los aspectos a ser analizados se proponen a continuacin
(Figura 3.4).
Figura 3.4: Componentes para el anlisis de alternativas de conexin (Elaboracin
propia)
Cabe considerar que los tres aspectos que se sealan en la Figura 3.4 guardan
ntima relacin y deben mantener armona entre s, pues no se puede concebir unaalternativa de conexin que resulte muy econmica si se est afectando de manera
grave al medio ambiente o no se ofrecen las garantas tcnicas necesarias para un
desempeo adecuado y confiable de las instalaciones.
Anlisis Ambiental
Anlisis EconmicoAnlisis Tcnico
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3.2.1.ANLISIS AMBIENTAL
Este anlisis permite identificar posibles afectaciones al ambiente ocasionadas en
la construccin y operacin de las nuevas instalaciones: central de generacin,
lnea de transmisin, subestacin o vas de acceso. Adems, este anlisis permite
detectar las restricciones de construccin y operacin debido a las condiciones del
terreno, climticas o ubicacin geogrfica donde se instalarn los equipos y por
donde recorrer el circuito de la lnea de transmisin para cada alternativa de
conexin.
La Figura 3.5 muestra un listado de aspectos ambientales a considerar para realizar
una comparacin entre diferentes alternativas de conexin.
Figura 3.5: Criterios de evaluacin para el anlisis ambiental (Elaboracin propia)
CRITERIOS A CONSIDERAR EN EL ANLISISAMBIENTAL
La L/T atraviesa una zona protegida o causar severas afectaciones a la faunao flora de la zona.
La L/T atraviesa lugares de difcil acceso o terrenos inestables que dificulten elmontaje de torres y tendido de cables y representa un peligro para lostrabajadores.
La nueva S/E se ubicara dentro de una zona protegida o causar severasafectaciones a la fauna o flora de la zona.
La nueva S/E se ubicar en un terreno inestable o de difcil acceso que impidala
