PROPUESTA DE MEJORAS PARA REDUCIR LAS PERDIDAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN LA RED DE SUBTRANSMISIÓN DEL DEPARTAMENTO DEL ATLANTICO

During the energy transmission process, from the generation plants to the end user, energy and power losses occur that are caused by the physical characteristics of the components that are part of the network, for example: (characteristics of the conductors, joule effect, corona effect, inductive an...

Full description

Autores:
DIAZ PEREZ, SERGIO DAVID
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2022
Institución:
Corporación Universidad de la Costa
Repositorio:
REDICUC - Repositorio CUC
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.cuc.edu.co:11323/9402
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/11323/9402
https://repositorio.cuc.edu.co/
Palabra clave:
Technical losses of electrical energy
Subtransmisión
Load flow
Pérdidas técnicas de energía eléctrica
Subtransmisión
Flujo de carga
Rights
openAccess
License
Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)
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description During the energy transmission process, from the generation plants to the end user, energy and power losses occur that are caused by the physical characteristics of the components that are part of the network, for example: (characteristics of the conductors, joule effect, corona effect, inductive and capacitive reactance, electrical resistance). These technical losses are inherent and cannot be avoided due to the inherent conduction of energy and the topology of the electrical network. According to statistical data (UPME 2016) for Colombia, the percentage of losses in energy distribution networks is between 74.27 GWh/month, i.e. a range of it 1.2 % and 1.53 % of the total energy delivered to users from the transmission scenario. These values are significant when considering the regional and local distribution system, where there is a fluctuation between 14.5% and 21.8%. Taking into account that the annual energy demand in the country is approximately 66,530 Gwh-months, considering an average total system loss of 10%. From all of the above there are technological opportunities that today allow improving the service provision of the existing power grid infrastructure, and taking into account future expansion projects, these can contribute to improve the efficiency of power distribution networks, which means implementing methods that achieve a higher degree of reliability. This research study proposes the development of a dynamic evaluation of the levels of losses in the subtransmission and primary distribution network of the department of Atlántico, using modeling techniques of electrical systems, and establishing proposals to significantly reduce technical losses, allowing to compensate the problems identified in the existing electrical network.
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According to statistical data (UPME 2016) for Colombia, the percentage of losses in energy distribution networks is between 74.27 GWh/month, i.e. a range of it 1.2 % and 1.53 % of the total energy delivered to users from the transmission scenario. These values are significant when considering the regional and local distribution system, where there is a fluctuation between 14.5% and 21.8%. Taking into account that the annual energy demand in the country is approximately 66,530 Gwh-months, considering an average total system loss of 10%. From all of the above there are technological opportunities that today allow improving the service provision of the existing power grid infrastructure, and taking into account future expansion projects, these can contribute to improve the efficiency of power distribution networks, which means implementing methods that achieve a higher degree of reliability. This research study proposes the development of a dynamic evaluation of the levels of losses in the subtransmission and primary distribution network of the department of Atlántico, using modeling techniques of electrical systems, and establishing proposals to significantly reduce technical losses, allowing to compensate the problems identified in the existing electrical network.Durante el proceso de transmisión de energía eléctrica, desde las centrales de generación hasta el usuario final, se presentan a través de las redes pérdidas técnicas de energía y potencia, las cuales son causadas por las características físicas de los componentes que hacen parte de la red (características de los conductores, efecto joule, efecto corona, reactancia inductiva y capacitiva, resistencia eléctrica). Estas pérdidas técnicas son totalmente inherentes y no pueden evitarse debido a la conducción de la energía y la topología de la red eléctrica. Según datos estadísticos (UPME 2016) de Colombia, el porcentaje de pérdidas en las redes de distribución de energía oscilan en 74,27 GWh/mes, lo cual oscila entre él 1,2 % y el 1,53 % del total de la energía que se entrega a los usuarios desde el escenario de transmisión de energía. Estos valores llegan a ser significativos cuando se considera el sistema de distribución regional y local donde se registra una fluctuación entre el 14,5 % y el 21,8 %. Teniendo en cuenta que la demanda energética anual en el país es de aproximadamente 66.530 Gwh-mes, lo anterior considerando un total de perdida promedio del sistema del 10%. A todo lo anterior, existen oportunidades tecnológicas que hoy en día permiten mejorar la eficiencia energética de la infraestructura de la red eléctrica existente, y teniendo en cuenta los proyectos de ampliación a futuro, estos pueden contribuir a mejorar la eficiencia de las redes de distribución de energía lo cual significa implementar métodos que alcancen un mayor grado confiabilidad .El presente estudio de investigación propone el desarrollo de una dinámica de evaluación de los niveles de pérdidas de la red de subtransmisión y distribución primaria del departamento del Atlántico, utilizando técnicas para modelar sistemas eléctricos y establecer propuestas que permitan reducir significativamente las pérdidas técnicas permitiendo compensar problemáticas identificadas en la red eléctrica existente.Agradecimientos 4 Contenido 5 Lista de tablas y figuras 5 Introducción 7 1. Planteamiento del problema 9 2. Justificación 11 3. Objetivos 12 3.1 Objetivo general 12 3.2 Objetivos específicos 12 4. Alcance 13 5. Capítulo 1: Mitigación de Pérdidas Técnicas de energía eléctrica en sistemas de transmisión 14 5.1 Pérdidas de energía 14 5.2 Clasificación de pérdidas de energía en Sistemas de Transmisión: 15 5.2.1. Pérdidas técnicas: 15 5.2.2. Perdidas NO técnicas 16 1.2.3 Otras pérdidas: 17 5.3 Método de identificación de pérdidas Técnicas 18 1.3.1 Consideraciones en el cálculo de pérdidas técnicas 18 5.3.2. Función del componente 19 5.3.3. Función de la causa 19 5.4. Flujo de carga 20 5.4.1. Método de Newton-Raphson 22 5.4.2. Herramientas de simulación de flujos de cargas 27 5.5 Factores a considerar en el control de perdidas 30 5.6. Indicadores de reducción de pérdidas 32 5.7. Calculo de Pérdidas Técnicas de energía 33 5.7.1. Perdidas en conductores 33 5.7.2. Perdidas en Transformadores 37 5.8. Tecnologías de medición y control para reducción de pérdidas 38 6 Capítulo 2: Metodología para reducción de pérdidas Técnicas en Sistemas de Transmisión39 6.1. Etapa de investigación 39 6.1.1 Etapa 1: Caracterización y recopilación de parámetros de operación del STR 39 6.1.2 Histórico de pérdidas en Colombia 40 6.1.3 Caracterización STR Caso de estudio 42 6.1.4 Etapa 2: Modelación de flujo de carga 44 6.1.5 Etapa 3: Alternativas de reducción de pérdidas 46 7. Análisis de Resultados. 47 7.1 Flujo de carga de STR47 7.2 Cargabilidad del STR 48 7.3 Caída de tensión por nodo en STR 52 7.4 Perdidas de Energía en el Sistema 54 7.5 Mejoras para reducción de Pérdidas de Energía en el Sistema 54 8. Conclusiones 59 Referencias 62 Lista de tablas y figuras Tablas TABLA 1. Expresiones para el cálculo de pérdidas en tramos de conductores de sistemas trifásicos, bifásicos y monofásicos 33 TABLA 2. Perdidas de energía según el tipo de sistema 36 TABLA 3. Perdidas de energía en el Departamento del Atlántico 42 TABLA 4. Parámetros de los Transformadores 43 TABLA 5. Parámetros de líneas de Transmisión 43 TABLA 6. Parámetros de carga 44 TABLA 7. Parámetros de Generadores 44 TABLA 8. Análisis requeridos del estudio de flujo de carga 45 TABLA 9. Cargabilidad de los elementos del sistema 48 TABLA 10. Cargabilidad de los elementos a 13.8kV 48 TABLA 11. Cargabilidad de los elementos a 34.5kV 49 TABLA 12. Cargabilidad de los elementos a 100kV 50 TABLA 13. Cargabilidad de los elementos a 220kV 51 TABLA 14. Porcentaje de caída de tensión en los nodos del sistema 52 TABLA 15. Perdidas de energía en el sistema 54 TABLA 16. Perdidas de energía en el sistema con un SVC en N4 55 TABLA 17. Perdidas de energía en el sistema con adición de línea 56 TABLA 18. Evaluación de alternativas 57 Figuras Figura 1 Circuito básico de admitancia en serie 23 Figura 2 Software ETAP 28 Figura 3 Software NEPLAN 29 Figura 4 Software DIGSILENT PowerFactory 30 Figura 5. Distribución de etapas 39 Figura 6. Pérdidas de energía eléctrica en Colombia durante el 2019 40 Figura 7. Histórico anual de pérdidas de energía 41 Figura 8. Contribución de pérdidas por Departamento 41 Figura 9. Modelación del sistema de potencia Departamento de Atlántico 45 Figura 10. Flujo de carga del STR del Departamento del Atlántico 47 Figura 11. Potencia Activa en los parámetros del sistema 48 Figura 12. Potencia Reactiva en los parámetros del sistema 48 Figura 13 Adición de un compensador al sistema 55 Figura 14 Adición de una línea al sistema 56 Figura 15 Evaluación de alternativas 58Magíster en Ingeniería ElectricaMaestría71 páginasapplication/pdfspaAtribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2PROPUESTA DE MEJORAS PARA REDUCIR LAS PERDIDAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN LA RED DE SUBTRANSMISIÓN DEL DEPARTAMENTO DEL ATLANTICOTrabajo de grado - MaestríaTextinfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://purl.org/redcol/resource_type/TMinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionColombiaEnergíaBarranquilla, ColombiaMaestría en Ingeniería ElectricaArriagada, A. (1994). Evaluación de Confiabilidad en Sistemas Eléctricos de Distribución. Santiago de Chile: Tesis.Banco Mundial. (2018, 06 12). 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