Extensión del flujo de potencia en sistemas eléctricos: una integración con el sistema de transporte de gas natural

: figuras, tablas

Autores:
Mejía Ospína, Kevin Andrés
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2021
Institución:
Universidad Tecnológica de Pereira
Repositorio:
Repositorio Institucional UTP
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.utp.edu.co:11059/15697
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/11059/15697
https://repositorio.utp.edu.co/home
Palabra clave:
620 - Ingeniería y operaciones afines
Gas natural - Transporte
Potencia reactiva (Ingeniería eléctrica)
Innovaciones tecnológicas
2. Ingeniería y Tecnología
Simulación
Potencia eléctrica
Gas natural
MATPOWER
ODS 7: Energía asequible y no contaminante. Garantizar el acceso a una energía asequible, fiable, sostenible y moderna para todos
Rights
openAccess
License
Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
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spelling Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizaciónhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessGonzález Vanegas, WilsonMejía Ospína, Kevin Andrés2025-04-04T20:21:14Z2025-04-04T20:21:14Z2021https://hdl.handle.net/11059/15697Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/home: figuras, tablasDurante la última década se ha desarrollado vertiginosamente la integra-ción de los sectores eléctricos y de gas natural a consecuencia del aumento de tecnologías como las unidades de generación térmica a base de gas natural de ciclo combinado. Este incremento se debe a diversas razones económicas, técnicas y medioambientales, como son los bajos costos de inversión, los menores periodos de construcción y el reducido porcentaje de CO2 emitido al ambiente, logrando que las tecnologías de generación a base de gas natural tengan mayor preferencia sobre centrales térmicas que utilizan combustibles como el carbón y derivados del petróleo (4). La U.S. Energy Information Administration (EΙΑ) prevé que para el 2040 se tendrá un aumento en el consumo de energía del 28% respecto a cifras del 2015, con un incremento anual de 1.4% en el consumo de gas natural a nivel global (5). De igual manera, según la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME), se estima que a nivel nacional la demanda de gas natural en el escenario medio alcanzará un crecimiento promedio año de 3,5% entre 2015 y 2029, pasando de 1.060 GBTUD a 1.707 GBTD [6], esperando una creciente importancia en el sector energético del país. La interdependencia de los sistemas eléctricos y de gas natural puede evidenciarse en diferentes interacciones; el valor del gas natural en el mercado afecta directamente el costo de despacho para plantas térmicas, una interrupción de la red de transporte de gas natural o unas pérdida de presión puede desconectar múltiples generadores térmicos, reduciendo dramáticamente la capacidad de generación en el sistema eléctrico (7): la red de transporte de gas natural requiere del uso de compresores eléctricos para mantener la presión del gas en el sistema. Debido a los escenarios planteados, se hace imperativo el modelamiento de los sistemas de electricidad y gas natural de forma integrada. En la actualidad existen varias propuestas para modelar las redes combinadas de electricidad y gas mediante una única formulación integrada para lograr un funcionamiento óptimo del sistema de energía acoplado. Puede apreciarse.1.1. Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2. Justificaci ́on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.3. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.3.1. Objetivo general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.3.2. Objetivos espec ́ıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2. Marco te ́orico 11 2.1. Estado del arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2. Flujo de carga en sistemas el ́ectricos . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2.1. Modelo para los generadores s ́ıncronos . . . . . . . . . . . 13 2.2.2. Modelo para las cargas el ́ectricas . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2.3. Modelo para las ramas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.2.4. Ecuaciones de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.3. Flujo de gas natural en redes de transporte . . . . . . . . . . . . 15 2.3.1. Modelo para los pozos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.3.2. Modelo para las tuber ́ıas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.3.3. Modelo para los compresores . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.3.4. Ecuaciones de flujo de gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3. Modelo de simulaci ́on integrado 20 3.1. Modelo del sistema el ́ectrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.2. Modelo del sistema de gas natural . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.3. Ecuaciones de red para el modelo integrado . . . . . . . . . . . . 24 4. Metodolog ́ıa 25 4.1. Soluci ́on del flujo integrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.2. Implementaci ́on a partir de Matpower y MPNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 5. Resultados y an ́alisis 28 5.1. Experimento 1: Sistema radial de baja resoluci ́on . . . . . . . . . 28 5.2. Experimento 2: Sistema anillado de baja resoluci ́on . . . . . . . . 32 5.3. Experimento 3: Sistema con 48 nodos y 6 barras . . . . . . . . . 34 5 5.4. Experimento 4: Sistema de media resoluci ́on . . . . . . . . . . . . 40 6. Conclusiones 46PregradoIngeniero(a) Electricista49 páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería EléctricaFacultad de IngenieríasPereira620 - Ingeniería y operaciones afinesGas natural - TransportePotencia reactiva (Ingeniería eléctrica)Innovaciones tecnológicas2. Ingeniería y TecnologíaSimulaciónPotencia eléctricaGas naturalMATPOWERODS 7: Energía asequible y no contaminante. Garantizar el acceso a una energía asequible, fiable, sostenible y moderna para todosExtensión del flujo de potencia en sistemas eléctricos: una integración con el sistema de transporte de gas naturalTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisPereira, Risaralda, Colombia[1] Ray Daniel Zimmerman, Carlos Edmundo Murillo-S ́anchez, and Ro- bert John Thomas. MATPOWER: Steady-state operations, planning, and analysis tools for power systems research and education. IEEE Transac- tions on Power Systems, 26(1):12–19, 2011.[2] S. Garc ́ıa-Mar ́ın, W. Gonz ́alez-Vanegas, and C.E. Murillo-S ́anchez. MPNG: Matpower Natural Gas, Git. “https://github.com/MATPOWER/mpng”, Oct 2019.[3] Gonggui Chen, Siyuan Qiu, Zhizhong Zhang, Zhi Sun, and Honghua Liao. Optimal power flow using gbest-guided cuckoo search algorithm with feed- back control strategy and constraint domination rule. 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizaciónopen.accesshttps://repositorio.utp.edu.coRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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