Estudio perspectivo de la red de 110 kV de la provincia Cienfuegos

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Automática y Sistemas Computacionales. TRABAJO DE DIPLOMA. Estudio perspectivo de la red de 110 kV de la provincia Cienfuegos.. Autor: Juan Carlos León Gómez.. Tutor(es): MSc. Roberto Ripoll Salcines Dr. C. Zaid García Sánchez. Santa Clara.

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Automática y Sistemas Computacionales. TRABAJO DE DIPLOMA. Estudio perspectivo de la red de 110 kV de la provincia Cienfuegos.. Autor: Juan Carlos León Gómez [email protected]. Consultante: MSc. Roberto Ripoll Salcines. Santa Clara 2016.

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería Eléctrica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. La creación no es otra cosa, sino la fijación de la verdad mediante la forma¨. Martin Heidegger.

(5) ii. DEDICATORIA. Dedico los resultados de todos estos años a mis maravillosos padres porque sin ellos no estaría aquí hoy, por la paciencia que tienen conmigo en cada momento difícil de la vida y por todo el apoyo que me han entregado desde que comencé esta carrera hasta los últimos días..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A mis tutores MSc. Ing. Roberto Ripoll Salcines. y Dr. C. Zaid García por. brindarme su ayuda aun cuando faltaba un largo recorrido para llegar hasta el final, por todo su apoyo y tiempo cada vez que lo necesité, por sus conocimientos y experiencias profesionales. A mis padres por toda su bondad y porque son ejemplo a seguir. A mis abuelitos por su dedicación y ternura desde que abrí los ojos en este mundo. A mi hermana por estar presente en todo momento. A mis compañeros de aula porque hicieron especial todos estos años de mi vida, y de alguna manera acortaron este período tan largo que hemos transcurrido juntos. A los ingenieros del departamento de regímenes de la empresa eléctrica de Cienfuegos. A todos los que de una forma u otra contribuyeron en esta investigación. Gracias..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. 1. Realizar un análisis de los estudios de planeamiento anteriormente desarrollados. 2. Actualizar la red de la provincia, demanda y nuevos puntos de generación. 3. Realizar estudio en estado estable de la red.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. La presente investigación consiste en evaluar el desarrollo perspectivo de la red de 110 kV de la provincia de Cienfuegos propuesto por la máxima dirección de la Empresa Eléctrica Provincial. Para ello se analizan las variantes de desarrollo de dicha red y sus enlaces con las provincias de Matanzas y Villa Clara. Se estudian los trabajos de planeamiento anteriormente desarrollados, se actualiza la red de la provincia, datos de nuevas líneas, puntos de generación, entrada de nuevas subestaciones y se actualiza la demanda para el estado actual y el crecimiento que debe tener la misma. Se determinan los estados de operación estable de la red, los valores de pérdidas y el comportamiento de los nuevos enlaces. Para la realización del trabajo se utiliza el software Power System Explorer (PSX) versión 3.02 y el Mapinfo versión 11.0 Como resultados se proponen nuevas variantes de enlaces en la red y nuevas subestaciones, acorde con la necesidad de la región de incrementar su capacidad debido a las nuevas inversiones en la provincia de Cienfuegos. Los resultados de este trabajo serán presentados en el comité técnico de la provincia para su posterior presentación en la UNE..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO ....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................... iii TAREA TÉCNICA ...............................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................ v INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 1 Organización del informe ................................................................................................ 3 CAPÍTULO 1.. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. ............................................................... 4. 1.1. Particularidades tecnológicas del sistema eléctrico. ....................................... 4. 1.2. Regímenes de un sistema eléctrico. .................................................................. 5. 1.3. Planeamiento del sistema eléctrico. ................................................................... 7. 1.3.1 Métodos de Pronóstico. .................................................................................... 7 1.3.2. Nuevos conceptos de la Unión Nacional Eléctrica (UNE) en el Planeamiento. ............................................................................................................... 9 1.4. Estudio de cargas. ................................................................................................. 9. 1.5. Distribución económica de las cargas.............................................................. 10. 1.6. Estudios de estabilidad ....................................................................................... 11. 1.7. Ajuste de la potencia activa. .............................................................................. 12. 1.8. Ajuste de la potencia reactiva. .......................................................................... 13.

(10) vii 1.9. Características de las redes eléctricas durante el cálculo del Flujo de. Carga. .............................................................................................................................. 14 1.9.1 Flujo de Carga. ................................................................................................. 15 1.9.2 Definición del problema................................................................................... 16 1.9.3 Algoritmos más empleados. ........................................................................... 17 1.9.3.1 Newton-Raphson Formal (NRF)................................................................. 18 CAPÍTULO 2. 2.1. Descripción de la red de 110 kV. ....................................................... 21. Breve descripción de la transmisión en la provincia. ..................................... 21. 2.1.1. Esquema de 220 kV y 110 kV de la Provincia. ....................................... 21. 2.1.2. Situación actual de las subestaciones. ..................................................... 22. 2.2. Capacidad de generación con fuentes propias del territorio. ....................... 25. 2.2.1 Perspectivas. .................................................................................................... 30 2.2.2 Generación de fuentes renovables. .............................................................. 31 2.3. Análisis de las inversiones hasta el año 2025-2030...................................... 32. CAPÍTULO 3.. Análisis de los resultados obtenidos en los estudios realizados. . 39. 3.1 Pronóstico de demanda de la provincia de Cienfuegos.................................... 39 3.2 Estado actual. Entrada de un transformador 110/33 kV en Junco Sur. ......... 42 3.3 Año 2. Entrada de un transformador 110/13.8 kV en la ciudad. ...................... 43 3.4 Año 4. Entrada de un transformador 110/33 kV en Pepito Tey. ...................... 44 3.4.1 Entrada de un transformador en Yaguaramas. ........................................... 46 3.4.2 Entrada de un transformador en Cruces. ..................................................... 47 3.5 Año 5. Entrada de un transformador 110/33 kV en CMC. ................................ 47 3.6 Año 6. Entrada de un transformador 110/33 kV en la Subestación 5 de Septiembre. ..................................................................................................................... 47 3.6.1 Año 6. Enlace con Santo Domingo. .............................................................. 49.

(11) viii 3.7 Año 8. Entrada de un transformador 110/33 kV en Aguada. ........................... 51 3.8 Año 9. Entrada 50 MW de generación en la barra de CMC 34,5 kV. ............. 53 3.9 Año 10. Entrada de un transformador 110/33 kV en Abreus. .......................... 54 3.9.1 Año 10. Instalación de 80 MW en la barra de la Refinería........................ 55 3.10 Año 2026. Entrada de un transformador 110/33 kV en Rancho Luna. ........ 55 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................ 58 Conclusiones .................................................................................................................. 58 Recomendaciones ......................................................................................................... 59 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................ 60 ANEXOS .............................................................................................................................. 62.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. El Sistema Eléctrico es el conjunto de todos los eslabones de la cadena de producción, transformación, distribución y utilización de la energía eléctrica. Es decir, el sistema eléctrico se compone no solo de calderas, turbinas, generadores, líneas de transmisión y distribución, transformadores, sino también de motores eléctricos, equipos de iluminación y térmicos, transformadores, rectificadores de corriente y máquinas de herramientas (tornos, bombas, ventiladores, otros) En Cuba el recurso fundamental de energía es el petróleo. Las instalaciones en donde los recursos energéticos (el petróleo) se transforman en una forma de energía (eléctrica) asequible a su transmisión se llaman plantas eléctricas. Desde el momento que se puso en marcha el primer generador eléctrico industrial, aparece la unión de la turbina, generador, red de transmisión y receptores, que en su primera fase eran fundamentalmente equipos de alumbrado [1]. La Provincia de Cienfuegos se encuentra servida por una subestación 220/110 kV, cinco subestaciones de 110/34,5 kV con sus respectivos alimentadores, una ubicada en Villa Clara pero sirve los 2/3 de su carga en nuestra provincia, dos subestaciones 110/13 kV en la Ciudad de Cienfuegos y dos subestaciones industriales 110/6 kV, con las redes de Líneas de Transmisión Eléctricas (LTE) 220 y 110 kV asociadas que permiten e imponen una evaluación adecuada de su optima utilización y enfoque perspectivo [2]. Las principales problemáticas en la red eléctrica se encuentran en algunos lugares por la traza y longitud de los alimentadores y sus calibres para garantizar corrimientos de lazo y optimizar un nivel de pérdidas técnicas adecuado. Hay dos.

(13) INTRODUCCIÓN. 2. subestaciones 110/13 kV en la ciudad cabecera y la tercera en proceso de micro localización por lo que se requiere la conversión y adecuación de las redes a 13 kV de toda la ciudad para el aprovechamiento óptimo de estas instalaciones y la disminución de la demanda de Carlos Manuel de Céspedes (CMC) y la Generación Distribuida (GD) [2]. El potencial para el desarrollo agropecuario y agroindustrial por el incremento de producción de azúcar y sus derivados, así como, la producción de alimentos, el industrial por la expansión de la refinería y otras Instalaciones y, el potencial turístico en la ciudad y las zonas de: Rancho Luna-Pasacaballos y de la costa sur – montaña, traen como consecuencia la necesidad del desarrollo habitacional, social y comercial en la cabecera y la provincia en general lo que implica una prioridad del desarrollo de las redes en todos los niveles de voltaje para estas zonas, con las potencialidades en los campos de golf e inversiones del turismo de alto nivel adquisitivo, lo que ha justificado nuevas inversiones en la red de transmisión de110 kV de la provincia de Cienfuegos [2]. En este trabajo se valora el comportamiento de la red de 110 kV de la provincia de Cienfuegos ante la entrada de nuevas subestaciones de 110 kV. La dirección de Desarrollo Perspectivo de la Unión Eléctrica solicitó estudiar como influía la conexión de estos nodos en la red de 110 kV de la provincia de Cienfuegos. Es por esto que el trabajo es de actualidad y gran importancia [3]. El objetivo general de este trabajo es analizar las variantes de desarrollo de la red de 110 kV de la provincia de Cienfuegos y sus enlaces con las provincias de Matanzas y Villa Clara. Para la consecución del objetivo general se trazan los siguientes objetivos específicos:  Realizar un análisis de los estudios de planeamiento anteriormente desarrollados.  Actualizar la red de la provincia, demanda y nuevos puntos de generación.  Realizar estudio en estado estable de la red..

(14) INTRODUCCIÓN. 3. Organización del informe El trabajo se encuentra estructurado en tres capítulos: CAPÍTULO 1: “Revisión bibliográfica”: Se realiza una revisión bibliográfica sobre los sistemas eléctricos de potencia (SEP), así como, sus particularidades y operación. CAPÍTULO 2: “Descripción de la red de 110kV. Análisis de las nuevas inversiones”: Se realiza una descripción de la red de 110 kV de la provincia de Cienfuegos y se plantean las nuevas inversiones a realizar para el mejoramiento en la calidad del servicio. CAPÍTULO 3: “Análisis de los resultados obtenidos en los estudios realizados”: Se expone de forma general los resultados obtenidos al simular el sistema bajo diversas condiciones de operación..

(15) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 4. CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA.. En este capítulo se describen las particularidades tecnológicas, regímenes y planeamiento de un sistema eléctrico así como los métodos de pronóstico. También se describe los ajustes de potencia activa y reactiva, así como las características de las redes durante el cálculo del flujo de carga y los métodos a utilizar. 1.1 Particularidades tecnológicas del sistema eléctrico. La producción eléctrica tiene una serie de particularidades que la diferencian de todas las demás ramas de la industria. La primera y más importante particularidad del sistema eléctrico consiste: en que la producción de energía eléctrica, su distribución y transformación en otras formas de energía prácticamente se produce simultáneamente. En otras palabras, la energía eléctrica no se acumula. Precisamente esta particularidad hace que el sistema. eléctrico,. sus. elementos. componentes. que. pueden. hallarse. geográficamente a cientos de kilómetros unos de los otros, constituyen un mecanismo único muy complejo. La energía que se produce en el sistema es igual a la energía que se consume; y esta igualdad es justa para cualquier intervalo de tiempo. En cualquier momento hay un balance exacto de las capacidades activas y reactivas en el sistema. [1][4]. En cualquier otra rama de la industria existe la posibilidad de acumular en almacén el producto elaborado. De esta manera, disminuye la interdependencia entre los talleres de una fábrica. Sin embargo, en el sistema eléctrico, no hay ningún almacén de energía por lo tanto, la interdependencia entre todos los eslabones del.

(16) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 5. sistema es absoluta. Una alteración de las redes inmediatamente se refleja en la operación de los generadores, transformadores y en los equipos receptores [1]. La segunda particularidad de un sistema eléctrico consiste: en la relativa rapidez con que se producen los procesos transitorios en él. Los procesos ondulatorios se suceden en milésimas y hasta millonésimas de segundo; los procesos relacionados con los cortocircuitos, conexiones y desconexiones, los péndulos en el sistema y los desequilibrios en la estabilidad del sistema se producen en menos de un segundo o en unos cuantos segundos[5]. La tercera particularidad del sistema eléctrico consiste: en que su operación está estrechamente entrelazada con las demás ramas de la industria; con las comunicaciones, el transporte, el comercio y la vida cotidiana del hombre. Esta particularidad eleva esencialmente la importancia de afianzar una operación segura del sistema de garantizar el suministro ininterrumpido de energía a todos los consumidores y exige la creación de una reserva de capacidad suficiente en todos los elementos [1] [6]. 1.2 Regímenes de un sistema eléctrico. Se conoce por el nombre de régimen, a cierto estado del sistema determinado por los valores de las potencias, voltajes, corrientes, frecuencia, y otras magnitudes físicas variables que caracterizan el proceso de transformación, transmisión y distribución de la energía y que se denominan parámetros del régimen. Se conocen dos tipos de regímenes en los sistemas: estacionario y transitorio [7]. El régimen estacionario se caracteriza por la invariabilidad de sus parámetros. Un caso particular de un régimen transitorio es cuando tenemos variaciones casi periódicas de los parámetros, es decir un régimen de penduleo. Desde el punto de vista de los valores de los parámetros del régimen podemos distinguir [7]:  Un régimen estacionario normal, tiene lugar si los valores de los parámetros del régimen están muy próximos a los valores requeridos, para un.

(17) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 6. funcionamiento normal de los consumidores, o se encuentran en una zona de valores de antemano fijada.  Un régimen transitorio normal, tiene lugar si las variaciones son habituales en la operación del sistema; este régimen se caracteriza por cambios relativamente rápidos y bruscos de los parámetros en algunas ramas del sistema; los parámetros en los nodos del mismo, sin embargo, casi no sufren alteraciones [8].  Un régimen transitorio de emergencia, tiene lugar si como consecuencia de cambios de emergencia en el esquema de conexiones del sistema el valor de todos los parámetros de régimen, incluyendo los parámetros de los nodos, varían bruscamente, con respecto a sus valores establecidos.  El régimen estacionario post-avería, comienza al desconectar por emergencia un elemento o una serie de elementos del sistema.  Si los parámetros de los nodos están próximos al del régimen normal consideramos que hemos superado la emergencia satisfactoriamente.  Si esos parámetros divergen bastante de los parámetros del régimen normal, quiere decir, que la superación de la emergencia no ha sido satisfactoria. De lo dicho se deduce que el régimen del sistema es conocido, si sabemos los parámetros del régimen de cada uno de los elementos del sistema (ramas y nodos). Los flujos de capacidad activa y reactiva a principio y fin de una línea caracterizan el régimen de un elemento de las redes (rama); el voltaje (magnitud y fase) en un nodo del sistema caracteriza el régimen de ese nodo, la potencia activa y reactiva de un motor eléctrico y su corriente caracteriza el régimen del mismo (rama) [9]..

(18) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 7. 1.3 Planeamiento del sistema eléctrico. Planeamiento: Proceso. que. permite. esquematizar. la. expansión. y. el. mejoramiento del sistema eléctrico considerando los crecimientos futuros en: 1. Ubicación. 2. Magnitud. 3. Importancia de las Cargas. Implica: Planificar a largo plazo las adiciones que, año por año, y en estrecha correlación con los planes a corto plazo, deberán realizarse a las instalaciones existentes de forma que se asegure su plena utilización tanto desde el punto de vista de su vida útil como de su operación dentro del rango económico [2]. Pronósticos de Carga: Constituye un requerimiento básico para la previsión del comportamiento de la carga. Este comportamiento puede estar afectado por: 1. Las características topográficas y geológicas del terreno. 2. La ubicación respecto a centros poblacionales. 3. Las condiciones económicas de la región. 4. Las fronteras políticas y las regulaciones urbanísticas y de uso del terreno [2]. Puede añadir tantos acápites como le sean necesarios. 1.3.1 Métodos de Pronóstico. Series Históricas: Este método consiste en la obtención de un gráfico con datos de períodos precedentes y la determinación de la ecuación matemática a que responde, obteniéndose los valores históricos para así, realizando la extrapolación del gráfico obtenido, determinar el comportamiento futuro de la carga. El método solo tiene en cuenta el período de tiempo escogido sin analizar los factores eventuales que pueden influir en los resultados, aspecto por el cual constituye un método muy ineficaz en nuestros días debido a las constantes fluctuaciones que ha tenido la carga en el país en los últimos años, debido a la situación económica.

(19) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 8. existente a partir de los años de período especial [2]. Zonas características y componentes de carga: Este otro método consiste en pronosticar las demandas futuras en función del tipo de carga predominante, constituye generalmente un método más exacto que su determinación mediante la multiplicación de la carga total por un factor de crecimiento [10] Cuando es previsible o se ha pronosticado ya un incremento de la carga futura en una zona o área determinada, en el caso de la subtransmisión, el sistema transformador - alimentador debe diseñarse desde un inicio de manera tal que su capacidad pueda ser incrementada posteriormente mediante uno de los siguientes métodos: 1. Sustitución de los transformadores existentes por otros de mayor capacidad o la conexión en paralelo de otros similares a los ya conectados, siempre que los alimentadores estén diseñados para soportar las nuevas corrientes. 2. División de los circuitos alimentados mediante la construcción de nuevas barras y traspaso de carga a las mismas. Cuando la solución prevista para el incremento de capacidad es la sustitución de transformadores existentes por otros de mayor capacidad, o la conexión de otros en paralelo es generalmente recomendable instalar desde un inicio los alimentadores requeridos para la máxima carga esperada. La sustitución de dichos alimentadores existentes por otros de mayor calibre es un procedimiento muy costoso y debe evitarse. Si la solución prevista para posibles incrementos de la carga en el sistema transformador - alimentador es la división de los circuitos mediante la instalación de transformadores en nuevas barras, la configuración original de la red de subtransmisión deberá ser tal que pueda ser dividida en secciones lógicas cuando las nuevas barras sean construidas [10].

(20) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 9. 1.3.2. Nuevos conceptos de la Unión Nacional Eléctrica (UNE) en el Planeamiento. Minimizar las afectaciones del servicio al consumidor en lugar de la caída de voltaje o el nivel de pérdidas, sin dejar de atender estos dos últimos factores, es el criterio que debe primar. para el diseño de nuevas redes eléctricas y el. mejoramiento de las ya existentes dentro de determinado rango económico según los nuevos conceptos de planeamiento de la UNE; determinándose bajo esta premisa la longitud de las líneas, el valor de las cargas máximas. por barra,. subestación, alimentador o circuito, las 18 protecciones y posibles enlaces entre circuitos que garanticen la fiabilidad del servicio que se presta así como todos los demás elementos a tener en cuenta en la construcción de una red eléctrica como son el calibre y tipo de estructura a utilizar, la conexión usada en transformadores, la ubicación óptima de las subestaciones, y otros [10][9]. Como el planeamiento de las redes eléctricas comienza por el consumidor, los niveles de demanda, el factor de carga, las características de los consumidores y el nivel permisible de tiempo de afectación al servicio, son los parámetros que dictan el tipo de sistema de subtransmisión que se requiere. Esto significa que el tamaño y ubicación de las subestaciones debe ser determinado a partir del análisis de las cargas desde el nivel transformador servicio exclusivo y/o subestación de distribución hasta llegar a los alimentadores que parten de las barras 110/34,5 como CMC, Juraguá, Cruces y Yaguaramas. [2]. 1.4 Estudio de cargas. Un estudio de cargas es la determinación de la tensión, intensidad, potencia y factor de potencia o potencia reactiva en varios puntos de la red eléctrica, en condiciones. normales. de. funcionamiento.. Los. estudios. de. cargas. son. fundamentales en la programación del futuro desarrollo del sistema, puesto que su funcionamiento satisfactorio depende del conocimiento de los efectos de la.

(21) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 10. interconexión con otras redes, de las nuevas cargas, de las nuevas centrales generadoras y de las nuevas líneas de transporte, antes de que se instalen [11]. Antes del desarrollo de grandes computadoras digitales el estudio de las cargas se ejecutaba en analizadores de redes de corriente alterna, los cuales suministraban una reproducción a pequeña escala y monofásica, de la red real al interconectar los elementos de circuito y fuentes de tensión. Efectuar las conexiones, hacer los ajustes. leer los datos era tedioso y requería de mucho tiempo. Ahora las. computadoras digitales suministran las soluciones del estudio de cargas de sistemas complejos. Los diseñadores de redes están interesados en el estudio de una red que funcione de 10 a 20 años. Una compañía de redes debe conocer con anterioridad los problemas relacionados con la localización de la planta y la mejor distribución de las líneas para transmitir energía a centros de consumo que no existían cuando se elabore el proyecto [7]. 1.5 Distribución económica de las cargas Distribución económica es el nombre dado al proceso de repartir la carga total sobre un sistema entre las diferentes fuentes para realizar la mayor economía de funcionamiento. Veremos que las plantas de un sistema están controladas continuamente por un computador a medida que cambia el consumo de tal manera que la generación se distribuye a efectos de un funcionamiento más económico [4][7]. La obtención de tarifas eléctricas más ventajosas es un factor de menor importancia en épocas de costos crecientes y tarifas inciertas que en períodos de condiciones económicas estables. La regulación de tarifas por las comisiones municipales de servicios presiona fuertemente sobre las empresas, para que hagan el máximo de economías y obtengan un beneficio, manteniendo las tarifas constantes para los costos crecientes [7]..

(22) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 11. 1.6 Estudios de estabilidad La corriente que circula por un generador de corriente alterna o por un motor sincrónico, depende de la tensión generada o de la f.e.m, del ángulo de fase de dicha f.e.m con respecto al ángulo de fase de las f.e.m de cada una de las otras máquinas de la red, y de las características de esta y de las cargas. Por ejemplo, dos generadores de corriente alterna funcionando en paralelo, pero sin más conexiones exteriores que las forman el circuito de unión, no proporcionaran corriente si sus f.e.m son iguales en amplitud y fase. Si sus f.e.m son iguales, pero de fases diferentes, su diferencia no será nula y circulara una corriente determinada por aquella diferencia y la impedancia del circuito. Un generador suministrara potencia a otro que funcionara como motor en lugar de como generador [8]. Los ángulos de fase de las f.e.m dependen de la posición relativa de los rotores de las maquinas. Si no se mantuviera el sincronismo entre los generadores de una red, los ángulos de fase de sus f.e.m cambiarían constantemente respecto a la de los demás y sería imposible un funcionamiento satisfactorio [12]. Los ángulos de fase de las fin de las maquinas sincrónicas permanecen constantes tan solo cuando sus velocidades son constantes e iguales a la correspondiente a la del vector de referencia. Cuando cambia la carga de cualquiera de los generadores o de la red, también lo hace la corriente que circula por el generador o la red. Si la variaciones la corriente no da lugar a un cambio de la f.e.m de las máquinas entonces cambiaran los ángulos de fase de estas. Por esta razón son necesarias las variaciones momentáneas de velocidad, para lograr el ajuste de los ángulos de fase de las f.e.m de las distintas máquinas, puestos que dichos ángulos están determinados por las posiciones relativas de los rotores. Una vez la máquinas han ajustado a los nuevos ángulos de fase, o cuando ha desaparecido la perturbación que provoco el momentáneo cambio de velocidad, las máquinas volverán a funcionar a la velocidad de sincronismo. Si alguna vez no permaneciera en sincronismo con las demás, aparecerán grandes corrientes que provocan, en una red correctamente proyectada, su desconexión por la acción de.

(23) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 12. los relés e interruptores. El problema de estabilidad consiste en mantener en sincronismo el conjunto de generadores y motores de la red [13]. Los estudios de estabilidad se clasifican según consideren estados estacionarios o transitorios. Exista un límite definido de la potencia que es capaz de suministrar un generador de corriente alterna y de la carga que puede llevar un motor sincrónico. La inestabilidad se presenta al pretender aumentar la energía mecánica suministrada a un generador, o la carga mecánica de un motor, por encima de la potencia determinada conocida bajo el nombre de límite de estabilidad. El valor límite de potencia se alcanza incluso cuando el cambio se hace gradualmente. En las perturbaciones que se presentan en la red, cuando se aplican cargas repentinamente se producen fugas, hay pérdidas de excitación en el campo de un generador o se realizan conexiones, pueden presentarse perdidas de sincronismo, aun cuando el cambio producido en la red por la perturbación no exceda del límite de estabilidad si el cambio se hizo gradualmente. El valor límite de potencia se llama límite de estabilidad en régimen transitorio o límite de estabilidad en régimen permanente, según que el punto de inestabilidad se alcance por una variación, repentina o gradual de las condiciones del sistema [14]. Afortunadamente, los ingenieros han encontrado métodos para mejorar la estabilidad y predecir los límites de funcionamiento estable, tanto en condiciones estacionarias como transitorias. El estudio de la estabilidad en una red con dos máquinas es menos complejo que el estudio de redes con muchas, pero, de los métodos para mejorar la estabilidad, muchos pueden verse por análisis de una red con dos máquinas. Las computadoras digitales se utilizan para predecir los límites de estabilidad de una red compleja [7]. 1.7 Ajuste de la potencia activa. La potencia activa tiene un carácter global, es decir, su déficit en cualquier parte del sistema puede ser suplido, al menos teóricamente, por cualquier generador, sin tener en cuenta cuán lejos esté del lugar donde se haya incrementado la.

(24) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 13. carga. Esta característica facilita su control. Los dispositivos que se utilizan para controlar o redistribuir el flujo de potencia activa en los SEP son dos [1]:  El ajuste de la potencia activa que entregan los generadores del SEP accionando el gobernador de la turbina.  La desconexión de las cargas. 1.8 Ajuste de la potencia reactiva. Los dispositivos de control que se utilizan para controlar el flujo de potencia reactiva son más numerosos que los que se utilizan para controlar la potencia activa. La potencia reactiva es un fenómeno de carácter local. La circulación de potencia reactiva por las líneas sólo provoca caídas de voltaje y pérdidas de potencia activa y reactiva por lo que su compensación debe realizarse de forma local o “por zonas” [1]. Los elementos más utilizados para compensar la potencia reactiva son:  Los generadores de potencia reactiva (generadores y condensadores sincrónicos): Para lograr la compensación de la potencia reactiva, los despachadores tienen que variar la corriente de campo o de la excitatriz. Si se varía la corriente, el voltaje tiende a variar en el mismo sentido de la variación de la corriente, pero como la máquina está en paralelo con el resto de los generadores del SEP lo que produce es una variación en la generación de la potencia reactiva.  Los bancos de capacitores estáticos paralelos (shunt): Se utilizan para inyectar potencia reactiva en las barras. Esta compensación puede realizarse por pasos o de forma continua.  Los reactores conectados en paralelo (shunt): Se utilizan para compensar el efecto capacitivo de las líneas muy largas de alto voltaje o de las líneas en circuito abierto o con poca carga (efecto Ferranti). Se instalan en los extremos de la línea y/o en puntos intermedios.  Los cambios de los “taps” de los transformadores cuya relación de transformación es un número real (k=a+j0) y cuya función es cambiar el.

(25) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 14. módulo del voltaje y por ende el flujo de potencia reactiva en los SEP mallados. Los compensadores estáticos SVC (Estatic VAR Compensator): Dependiendo del valor del voltaje en el punto de instalación pueden entregar o consumir potencia reactiva. Su respuesta es comparativamente rápida por lo que se instalan en las barras donde la regulación del voltaje es crítica, como son aquellas donde hay hornos por arco eléctrico. Las líneas de transmisión contribuyen también a la generación de potencia reactiva, lo que estas no la hacen de forma controlada. La potencia reactiva neta de una línea de transmisión es [7]: (. ). Donde: = Potencia reactiva generada por la línea. . La expresión 1.1 muestra que, dependiendo del estado de carga de la línea (I), y de los valores de los voltajes del envío y del recibo (Ve y VR) la línea podrá entregar (QNeta>0) o consumir Q (QNeta<0). 1.9 Características de las redes eléctricas durante el cálculo del Flujo de Carga. Durante los cálculos de flujo de carga la red se considera lineal, balanceada, fija y con parámetros concentrados. Que sea fija es que su topología no cambia durante los cálculos, es decir si se analiza el disparo de una línea, el proceso transitorio comprendido entre antes y después de abrirse la línea no entra en el análisis. El considerarlo balanceado, hace que se haga una representación monofásica de todos los elementos del SEP. De aquí que todos los estudios que se hacen con flujo de carga sean estudios monofásicos [3]..

(26) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 15. 1.9.1 Flujo de Carga. El flujo de carga utiliza como información inicial la magnitud de la carga en cada subestación, la distribución de la generación de potencia activa y los rangos de voltaje de cada unidad generadora del SEP, permite obtener [15]:  Voltaje y ángulo de todas las barras del SEP.  Flujos de potencia activa y reactiva en líneas y transformadores.  Potencia reactiva de las unidades de generación.  Potencia activa de determinado nodo para compensar las pérdidas de potencia en el SEP y cumplimentar el déficit de generación.  Pérdidas de potencia activa y reactiva en el SEP. Esta valiosa información ha permitido un incremento agigantado de su uso para diversos propósitos tal como la evaluación de seguridad ante salidas de líneas, transformadores, cargas y plantas generadoras y en propósitos más complicados como optimización y estabilidad. Además de ser usados para la planificación de la operación, la planificación de la red de transmisión y el control del SEP [16]. En el flujo de carga se considera que el sistema está balanceado, por lo que se hace una representación monofásica de todos los elementos del SEP. De aquí que todos los estudios que se hacen con flujo de carga sean estudios monofásicos. El método a usar esta determinado un poco por el tipo de solución que se necesite: Exacto. O. Aproximado. No ajustado. O. Ajustado. Off-line. O. On-line. Un caso. O. Múltiples casos.

(27) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 16. La primera columna relaciona los requerimientos necesarios para un flujo de carga sin restricciones de reactivo o voltajes y estudios de estabilidad y la segunda columna los necesarios para evaluación de seguridad del SEP y otros estudios con mayores restricciones. Existen soluciones que necesitan de una mezcla de propiedades de ambas columnas. Cada aplicación específica tiene sus particularidades y requerirá poseer determinadas características según el estudio a realizar [3]. 1.9.2 Definición del problema. La definición completa del problema requiere del conocimiento de cuatro variables en cada nodo k del sistema: Pk : Potencia activa en el nodo k. Qk: Potencia reactiva en el nodo k: Vk: Magnitud de voltaje en k. θk: Ángulo del voltaje en k. Solamente se conocen “a priori” dos de ellas, el objetivo del flujo de carga es resolver el problema encontrando las restantes variables del nodo [17]. En forma general se definen tres tipos de nodos: Nombre Voltaje no. Siglas. Datos. Incógnitas. PQ. P, Q. V, θ. PV. P, V. Q, θ. B. V, θ. P, Q. controlado Voltaje controlado Balance. Nodo de voltaje no controlado: Nodo donde se especifica la Pk y la Qk. En el SEP se corresponde con nodos de carga. Se supone que las P k y la Qk no se vean afectadas por variaciones de voltaje en el nodo..

(28) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 17. Nodo de voltaje controlado: Nodo donde se especifica la potencia activa total inyectada en el nodo y la magnitud de voltaje que será mantenida constante por una inyección de potencia reactiva en el nodo. Este tipo de nodo corresponde generalmente a aquellos que tengan unidades generadoras que se le fije su potencia activa generada por un gobernador de velocidad y un voltaje por un regulador de voltaje o un nodo donde existe capacitor shunt capaz de brindar la potencia reactiva necesaria para fijar el voltaje. Nodo de balance: Este nodo surge porque en el sistema no se conocen las pérdidas hasta que no se disponga de todas las magnitudes de las variables en todos los nodos. Por lo que se necesita un nodo donde se inyecte la potencia activa y reactiva necesaria para satisfacer las pérdidas y toda la carga que falte por servir. A este nodo se le fija por tanto el voltaje y ángulo por lo que sirve como referencia para el SEP. Un nodo de voltaje controlado (PV) del SEP se selecciona como balance (B). La analogía en la práctica es la unidad generadora que lleva la frecuencia, aunque no tiene que ser esta necesariamente [3]. 1.9.3 Algoritmos más empleados. En la literatura consultada se puede constatar que existe un gran número de métodos clásicos para el cálculo de flujos de potencia [1]. Pero están todos enmarcados en tres algoritmos generales:  Métodos de Ybus.  Métodos de Zbus  Métodos de Newton Los métodos de Newton que se muestran en la literatura son: Newton-Raphson formal, Newton-Raphson desacoplado y Newton-Raphson desacoplado rápido. Estos métodos tienen muy buena convergencia aunque fallan ante problemas mal condicionados. Aprovechan las técnicas de ordenamiento y factorización de matrices esparzas lo que le permite aumentar la velocidad de cálculo y ahorrar los recursos de almacenamiento comparado con los restantes métodos. En la referencia [1] se realiza un estudio comparativo entre diversos métodos..

(29) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 18. 1.9.3.1 Newton-Raphson Formal (NRF). En coordenadas polares en este método se utilizan las siguientes ecuaciones: n. Pk   Vk Vm G km cos  km  B km sen  km  m 1. (1.1) n. Q k   Vk Vm G kmsen km  B km cos  km  m 1. (1.2) donde los elementos de Gkmy Bkm son los correspondientes a la matriz Ybus. Siguiendo el procedimiento general se forman las funciones de error según corresponda al tipo de nodo: . Para nodos PQ:. Pk  Pksp  Pk Q k  Q sp k  Qk.  Para nodos PV: Pk  Pksp  Pk En estos nodos no se pueden formular expresiones de errores de reactivo porque no se conoce la QSP y el ΔV siempre se cero pues el voltaje se mantiene constante. . Nodo de balance. No tiene ninguna ecuación pues en él no se conoce ni la P ni la Q. Formando la expresión matricial de los errores en función de los incrementos y la Jacobiana correspondiente nos queda:  P p 1  H p 1  p 1    p 1 Q   J. p  N p1    p    Lp1  V V p1 . (1.3).

(30) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 19. La primera ecuación de (1.3) representa los errores de potencia activa para todos los nodos PQ y PV y la segunda ecuación representa los errores de reactivo en todos los nodos PQ. La matriz de 4x4 es la Jacobiana. La división de cada error ΔVP por VP-1 no afecta numéricamente el algoritmo y simplifica algunos términos en la matriz Jacobiana. La representación polar tiene ventajas computacionales con respecto a la forma rectangular. Las ecuaciones de Pk solo están presentes en los nodos PQ y PV y las Qk solo en los nodos PQ. En los sistemas más viejos el uso de funciones trigonométricas aumentaba el tiempo de cálculo, hoy día eso no es una limitante. Las submatrices de la Jacobiana son porosas igual a la Ybus. Para solucionar eficientemente el problema, se utilizan técnicas de factorización y ordenamiento. Algoritmo general: 1. Establecer valores iniciales de voltajes y ángulos para todos los nodos PQ. El voltaje se puede tomar igual al de balance y el ángulo como cero. 2. Obtener los valores de ΔP, ΔQ, H, J, N, L por las expresiones anteriormente relacionadas. Así como Qi para los nodos PV. 3. Si se ha logrado una convergencia inicial, continuar; si no pasar a 7. 4. Comprobar para los PV si las Qi están dentro de los límites permisibles. En aquellos nodos donde se infrinjan los límites se cambian a PQ, estableciendo el ΔQi y los términos de J y L correspondientes. 5. Si se ha alcanzado la convergencia definitiva o el número máximo de iteraciones permisibles pasar a 8. 6. Determine la inversa de [J]. 7. Obtener los nuevos valores de θi y Vi, mediante la aplicación de (2.3), incremente el número de iteraciones y retorne al punto 3. 8. Obtener la P y la Q del nodo de balance y los flujos de potencia por las ramas..

(31) CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 20. Principales características Este método ha sido ampliamente usado en todo el mundo por su característica de convergencia y velocidad de cálculo. En la tabla 1.1 se describen las ventajas y desventajas del método Newton-Raphson Formal. Tabla 1.1: Ventajas y desventajas del método NRF. Fuente: [1]. Ventajas. Desventajas. Razón de convergencia cuadrática.. La convergencia es afectada por los estimados iniciales de las variables.. El tiempo de cálculo crece. Maneja una gran cantidad de. linealmente con el tamaño del. información lo que le aumenta los. sistema.. requerimientos de almacenamiento.. Puede resolver sistemas. Se necesita recalcular la Jacobiana. fuertemente cargados incluso con. en cada iteración.. º. defasajes superior a los 90 . La solución no es perturbada por. La rugosidad de la función en la. sistemas mal condicionados ni es. región de interés puede demorar la. crítica la localización del nodo de. convergencia, fallar totalmente o. balance.. conducir a una solución no útil.. De todos los métodos analizados resulta el más ventajoso atendiendo a velocidad de cálculo y seguridad de convergencia el N-R Desacoplado Rápido para redes de alta relación X/R y para todo tipo de red el N-R Formal. El Formal presenta una característica cuadrática de convergencia y el NRDR una lineal. Sin embargo NRDR reduce significativamente el esfuerzo computacional y a pesar de incrementar el número de iteraciones es más rápido en tiempo de cálculo que el Formal [1]..

(32) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. 21. CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV.. En este capítulo se describen los datos de la red de la provincia de Cienfuegos, se analiza además el comportamiento de las principales variables del SEP para los estados de máxima. Estos resultados son la base para la realización de los estudios de estabilidad. 2.1 Breve descripción de la transmisión en la provincia. La provincia Cienfuegos cuenta con 5 subestaciones de subtransmisión 110/34.5 kV las cuales son: Yaguaramas, Juraguá, Cruces, CMC y La Moza, esta última ubicada en Santa Clara pero con los 2/3 de sus cargas en Cienfuegos. Todas las subestaciones se encuentran emplazadas en el lugar que les da nombre, la de CMC se encuentra dentro de los terrenos y pertenece a la termoeléctrica. 2.1.1 Esquema de 220 kV y 110 kV de la Provincia. La Provincia Cienfuegos cuenta con la Empresa Termoeléctrica Carlos Manuel de Céspedes (CMC) que posee en sus terrenos subestaciones y salidas de 220 y 110 kV, estas enlazan con la subestación 220/110 kV Cantarrana y, desde ambas, las salidas correspondientes de enlace con el resto del SEN y alimentación a las subestaciones del territorio. Se presenta un esquema general en el Anexo No.1. Esquema 220 kV. En la Provincia existe una subestación 220/110 kV en Cantarrana y la barra de 220 de salida de la generación de CMC de la máquina 4 con enlace a Cantarrana, el doble enlace con Villa Clara y el enlace con Matanzas (construida en doble.

(33) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. 22. circuito). Ver en el Anexo No.1 las líneas en rojo o que salen da la barra superior de Cantarrana. Esquema 110 kV. La subestación Cantarrana 220/110 kV, la cual se encuentra emplazada en la parte norte de la Ciudad de Cienfuegos, enlazada por las líneas de 110 kV con CMC, Villa Clara, Trinidad y Matanzas. Las subestaciones de subtransmisión 110/34.5 kV de la provincia se encuentran enlazadas con el resto del SEN, interconectadas a subestaciones de transmisión 220/110 kV. Por las líneas de 110 kV se enlaza con las subestaciones de CMC, Cruces, Trinidad, Refinería, Juraguá y Yaguaramas. Por otra parte, en CMC además de las salidas de 110 kV de enlace con Cantarrana hay otras que dan servicio a refinería y las subestaciones 110/13 kV Cienfuegos Ciudad I y II. Dos líneas pendientes, de la antigua planta de fertilizantes en Cienfuegos que pueden ser utilizadas con otros fines. 2.1.2 Situación actual de las subestaciones. Las subestaciones de potencia son parte integrante de todo sistema eléctrico de potencia moderno y punto de unión de las líneas y otros elementos del sistema. A continuación exponemos sus características fundamentales: Subestación Yaguaramas 110/34.5 kV: Ubicada en el poblado de Yaguaramas, cuenta con 1 transformador de 25 MV.A y 3 alimentadores de 34.5 kV: Aguada, Horquita y Abreus. Una cuarta salida y alimentador en proceso de construcción y puesta en explotación a Galindo y el traslado de la subestación de distribución Yaguaramas. La misma posee una batería fuel acoplada a la barra de 33 kV. Por 110 kV se alimenta desde Cienfuegos y Matanzas. En la tabla 2.1 se muestra un resumen de las características de la subestación Yaguaramas 110/34.5 kV..

(34) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. 23. Tabla 2.1 Resumen de las características de la subestación Yaguaramas 110/34.5.. Zonas. Barras. Rodas, Abreus Horquita. Alimentadores MW. Régimen. 1400. 4,8. Med. 1410. 9,1. Máx. 1415. 9,3. Máx. Yaguaramas Aguada. Máx. Observaciones: Dem. Con el incremento de nueva salida y 22,2 cargas velar por Sobrecarga sin BGE acoplada a la Barra.. Subestación Juraguá 110/34.5 kV: Ubicada próxima al poblado de Juraguá, cuenta con 1 transformador de 25 MVA y 2 alimentadores de 34.5 kV: Pueblo CEN y Juraguá. Posee un Grupo Electrógeno aislado (GEA) acoplado a la subestación de distribución. En la tabla 2.2 se muestra un resumen de las características de la subestación Juraguá 110/34.5 kV. Tabla 2.2 Resumen de las características de la subestación Juraguá 110/34.5 kV. Fuente: [10]. Zonas Abreus Calicito CEN. Barras. Alimentadores MW. Régimen. Máx. Dem.. Observaciones:. Juraguá. 1880 1885 1890. Máx Máx Máx. 9,6. Subcargada.. 6,3 0,0 3,3. Por 110 kV se alimenta desde una derivación de la LTE Cienfuegos – Yaguaramas. Subestación Cruces 110/34.5 kV: Ubicada en el poblado de Cruces, cuenta con 1 transformador de 25 MV.A y 4 alimentadores de 34.5 kV: Ranchuelo, Cruces, Lajas y Carretera a Cienfuegos. Posee una batería fuel, una diesel y un PSFV acopladas a la barra de 33 kV. Por 110 kV se alimenta desde Cienfuegos y Villa Clara. En la tabla 2.3 se muestra un resumen de las características de la subestación Cruces 110/34.5 kV..

(35) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. 24. Tabla 2.3 Resumen de las características de la subestación Cruces 110/34.5 kV. Fuente: [10]. Zonas. Barras Alimentadores MW. Ranchuelo 75 Cruces 76 Cruces 101 Lajas Cruces – 1435 Palmira. Régimen. 9,8 4,0 4,7. Máx Máx Máx. 11,8. Máx. Máx. Dem.. Observaciones:. 30,3. Sobrecarga sin BGE acoplada a la Barra.. Subestación CMC 110/34.5 kV: Ubicada en la Termoeléctrica de igual nombre, cuenta con 2 transformadores de 25 MVA y 5 alimentadores de 34.5 kV: Dos hacia la ciudad y la playa Rancho Luna, Palmira, Abreu y Z.I. # 2. Un interruptor de reserva actualmente para asimilar incrementos por el desarrollo industrial. Posee una batería diesel acoplada a un alimentador de 33 kV ubicada en el Junco. Por 110 kV se alimenta doble desde la propia barra CMC. En la tabla 2.4 se muestra un resumen de las características de CMC 110/34.5 kV. Tabla 2.4 Resumen de las características de CMC 110/34.5 kV. Fuente: [10]. Zonas. Barra s. Alimentadore s. Cfgos. 1610 Ciudad Cfgos. Ciudad y 1615 Z.I. # 1 Reserva 1620 Z.I. # 3 C.M.C. Cfgos. – 1635 Palmira Cfgos. – 1640 Rodas Cfgos. Z.I. 1645 #2. MW. Régimen. 13,1. Máx. 13,2. Máx. 6,0. Máx. 10,1. Máx. 4,8. Máx. Máx. Dem.. Observaciones :. 47,1. Sobrecarga sin BGE acoplada a un alimentador (1610).. Subestación La Moza 110/34.5 kV: Ubicada en el poblado de La Moza en la Provincia de Villa Clara, cuenta con 2 transformadores de 25 MVA y 3 alimentadores de 34,5. kV: Dos hacia Cumanayagua y el tercero hacia.

(36) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. 25. Manicaragua. Por 110 kV se alimenta desde la Hidroeléctrica Robustiano León y Villa Clara. En la tabla 2.5 se muestra un resumen de las características de la subestación La Moza110/34.5 kV. Tabla 2.5 Resumen de las características de la subestación La Moza110/34.5 kV. Fuente: [10]. Zonas. Barras. Alimentadores MW Régimen. Cumanaya La Moza / gua Cumanayagua. 333 y 332. 16,2 Máx. Cumanaya La Moza / gua Cumanayagua. 333 y 332. 16,2 Máx. Máx. Observaciones Dem. Estaba sobrecargada 26,0 en proceso de solución. Estaba sobrecargada 26,0 en proceso de solución.. Subestación Junco Sur 110/13,8 kV: Ubicada en el Barrio de igual nombre al este de la ciudad de Cienfuegos, cuenta con 1 transformador 25 MVA 5 salidas de 13,8 kV que pertenecen a la ciudad y su entorno: Carretera Rancho Luna, Tulipán, Junco Sur y la Ciudad. Posee una Batería Diesel acoplada a la barra de 13 kV. Por 110 kV se prepara el esquema para alimentarla desde CMC y Cantarrana. Subestación Pueblo Grifo 110/13,8 kV: Ubicada en el barrio de igual nombre al noreste de la Ciudad, cuenta con 1 transformador de 25 MVA y 4 salidas de 13,8 kV que pertenecen a la Ciudad: Z.I. # 1, Pueblo Grifo, Buena Vista y O’Bourke. Los otros circuitos de esta subestación están en desarrollo para interconectarse y respaldarse mutuamente entre las dos subestaciones, e incluir la tercera cuando se construya. Por 110 kV se prepara el esquema para alimentarla desde CMC y Cantarrana. 2.2 Capacidad de generación con fuentes propias del territorio. En la provincia se encuentra la empresa termoeléctrica en el municipio cabecera con 2 unidades de 158 MW cada una. En el año 2005 la dirección del país decide una nueva estrategia para desarrollar la generación de energía eléctrica llamada Revolución Energética, la cual tiene entre sus lineamientos llevar a cabo una.

(37) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. 26. transformación profunda del SEN, aumentando su capacidad de generación con la instalación de eficientes grupos electrógenos, los cuales fueron instalados de forma distribuida por todo el territorio nacional. En el caso de la Provincia Cienfuegos tenemos: 1. Grupos Electrógenos Aislados ubicados en subestaciones de distribución. 2. Baterías de Grupos Electrógenos Diesel asociadas a barras de subestaciones de 110/33 y 110/13 kV por 33 o 13 kV. 3. Baterías de Grupos Electrógenos Fuel asociadas a barras de subestaciones 110/33 kV por 33 kV. Los datos generales de estas instalaciones se presentan en las tablas 2.6, 2.7, 2.8.y 2.9 respectivamente. Tabla 2.6. Grupos electrógenos aislados en la provincia Cienfuegos. Fuente: [10]. Datos de los Grupos Electrógenos Diesel Distribuidos Generado Trafos por G.E res Subestació kV n o nodo No Trafo kV kVA baj %Z . s alta a 115 13. 0.4 1 1500 5.7 0 8 8 Arimao 115 13. 0.4 5.7 2 1500 0 8 8 5 115 13. 0.4 5.7 1 1500 0 8 8 2 Balboa 115 13. 0.4 5.7 2 1500 0 8 8 2 115 13. 0.4 5.6 1 1500 0 8 8 9 Hormiguero 236 13. 0.4 6.4 2 2500 0 8 8 7 115 13. 0.4 5.7 1 1500 0 8 8 2 Ciudad Nuclear 236 13. 0.4 6.3 2 2500 0 8 8 4 A. Sánchez 236 13. 0.4 6.0 1 2500 (Covadonga 0 8 8 4. Observacione s: Barra Adjunto los datos de los Grupos Electrógenos CMC Distribuidos y las Baterías con: los generadores, Cruces transformadore s de grupos a la distribución y transformadore Cruces s elevadores a la subtransmisión en las baterías Juraguá que se interconectan a Yaguarama la 33 kV s.

(38) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. ). 27. 236 13. 0.4 6.0 2500 0 8 8 4 Nota: Actualmente Balboa fuera de servicio por afectar a los vecinos 2. (contaminación ambiental). Tabla 2.7. Baterías Grupos Electrógenos Diesel en la provincia Cienfuegos. Fuente: [10].. Tabla 2.8. Baterías Grupos Electrógenos Fuel en la provincia Cienfuegos. Fuente: [10]..

(39) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. 28. Tabla 2.9. Baterías Grupos Electrógenos Diesel pequeños en la provincia Cienfuegos. Fuente: [10]. Nota: Actualmente El Tablón o La Campanita están fuera de servicio por afectar a los vecinos..

(40) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. 29. Como se muestra en las tablas en el caso específico de la provincia Cienfuegos fueron instaladas varias baterías de grupos electrógenos Diesel, en los emplazamientos del. Junco, Cruces y Yaguaramas, los cuales cuentan con 8. máquinas cada una de 2,4 MW cada una, esta generación es inyectada directamente a las barras de 34.5 kV ó 13 kV de dichas subestaciones. Las fuel con 12 máquinas de 1,7 MW cada una y la generación es inyectada directamente a las barras de 33 kV de las respectivas subestaciones. Además de la generación distribuida instalada en forma de baterías en las principales. subestaciones,. se. construyeron. una. serie. de. pequeños. emplazamientos, los cuales son conocidos como generación aislada y su principal característica es que. se encuentran instalados en las subestaciones de. distribución, con el objetivo de que la generación sea inyectada directamente en las cargas. En el caso de Cumanayagua en la subestación El Tablón 33/13 kV se encuentra una batería de diesel de pequeño formato, en este momento fuera de servicio. En las tablas correspondientes se informan los detalles asociados a cada una de ellas. Con la instalación de estos grupos electrógenos, el país pudo hacer frente a la compleja situación de déficit de generación en que se encontraba, lográndose así la eliminación de los molestos apagones, que afectaban a la población y detenían el desarrollo productivo del país. En resumen la Provincia dispone de:  16,3 MV.A de Potencia Generadora Instalada en Grupos Electrógenos Aislados (GEA).  56,6 MV.A de Potencia Generadora Instalada en Baterías Diesel.  51,0 MV.A de Potencia Generadora Instalada en Baterías Fuel.  4,8 MV.A de Potencia Generadora Instalada en Batería Diesel de pequeño formato.  128,8 MV.A de Potencia Generadora Instalada en Generación Distribuida..

(41) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. 30. 2.2.1 Perspectivas. En estudio y proceso de micro localización se encuentra una Batería de Grupos Electrógenos Diesel (BGED) de 15 MW en la zona de Cumanayagua, que se plantea en dos etapas y se propone su enlace a los alimentadores 332 y 333 para distribuir adecuadamente la entrega y beneficiar ambos circuitos. Esta BGED es de mucha importancia para la provincia pues disminuir las afectaciones por la salida de servicio de la subestación La Moza 110/33 kV como única fuente de alimentación del entorno, hasta que se ponga en servicio la subestación 110/33 kV Pepito Tey. En la tabla 2.10 se relacionan los grupos electrógenos en la provincia Cienfuegos. Tabla 2.10. Información de los grupos electrógenos en la provincia Cienfuegos. Fuente: [10] Información de los G.E.E. en la Provincia Cienfuegos. G.E.E.(Grupos Electrógenos de Emergencia) Total de GEE instalados Total de GEE disponibles Total de GEE no disponibles Total de GEE que sincronizan. Cantidad 397 391 6 6. MW 37,100 35,260 1,840 5,531. Ubicación Cereales Tricontinental (Azúcar) Potabilizadora 14 de Julio Presa Damují Bombeo Paso Bonito Frigorífico. Pi (kW) 712 600 900 1800 2950 1000. Pd (kW) 439 384 576 1152 2340 640. Total. 7962. 5531. G.E.E. que sincronizan..

(42) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. 31. 2.2.2 Generación de fuentes renovables. Parque Solar Foto Voltaico (PSFV): En nuestra provincia tenemos dos PSFV en funcionamiento (Cantarrana y Bagacera Cruces), un tercero en construcción (Cárnico Palmira) y en proceso de inicio el cuarto (El Pino en Rodas), es de destacar el adecuado funcionamiento y la entrega al Sistema Electroenergético Nacional (SEN) de estas instalaciones. Se dedica un trabajo específico a esta. Mini hidroeléctricas: La provincia cuenta con varias mini hidroeléctricas, conectadas y no conectadas al SEN. En la tabla 2.11 se relacionan Mini-hidroeléctricas en la provincia Cienfuegos. Tabla 2.11. Información de Mini-hidroeléctricas en la provincia Cienfuegos. Fuente: [10]. Empresa Eléctrica de Cienfuegos No. Nombre Mini-hidroeléctricas No conectadas. 1 El Túnel 2 Charco Azul 3 Monforte 4 Hoyo de Padilla 5 Rio Chiquito 6 Yaguanabo Arriba 7 Palmarito 8 Vega del Café 9 Cimarrones 10 Calaña 11 El Mamey 12 El Naranjo Mini-hidroeléctricas Sincronizadas 1 San Blas 2 Cueva de Gallo (Asincrónica) 3 El Nicho 4 Guanayara (Asincrónica). Cantidad de Viviendas 5 7 45 49 19 68 4 4 38 14 137 140.

(43) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. 32. La mayoría de estas mini-hidroeléctricas tienen las redes en muy malas condiciones, algunas distribuyen directo a bajo voltaje. Se necesita una recapitalización completa de estas instalaciones. El Mamey, El Túnel y Yaguanabo arriba está en el plan de este año 2015 su interconexión al SEN. 2.3 Análisis de las inversiones hasta el año 2025-2030. En este epígrafe se exponen los principales resultados del estudio de desarrollo hasta el 2025-30, de las redes eléctricas de 110 kV de la provincia Cienfuegos. Este análisis fue realizado basado en el Pronóstico del comportamiento de la carga y la demanda así como la energía eléctrica, elaborado como parte de este estudio. En el mismo se evaluaron como deben modificarse los esquemas de 110 kV con vistas a lograr una mayor flexibilidad y confiabilidad en el servicio eléctrico de la ciudad cabecera y la provincia y aprovechar lo existente al máximo. Adicionalmente se determinaron las necesidades de nuevas subestaciones de 110 kV que requiere el territorio en el período analizado. A petición de la empresa se hace necesario y de gran prioridad por problemas técnicos y económicos solucionar los problemas de sobrecarga en las barras de Yaguaramas, CMC y Cruces aumentando la capacidad de las mismas. A continuación se relacionan las nuevas inversiones año a año: Año 2016 Se propone la construcción de la subestación 110/33 kV Junco Sur con el fin de minimizar el costo ya que sería sobre una subestación ya existente, la cual se alimentará de las líneas nuevas del lazo 110 kV ciudad CMC - Cantarrana (10 km AAAC-158 mm2). Acciones a desarrollar  Iniciar la construcción de aproximadamente 4,8 km de línea de 110 kV para la alimentación de la nueva subestación 110/13 kV Cienfuegos Ciudad 3 o Salud..

(44) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. 33. En el Anexo No.3 se puede apreciar las perspectivas de las redes 110 kV 2015 – 2016. Año 2017 Se propone la construcción de la subestación 110/13 kV Cienfuegos Ciudad 3 o Salud, la cual se alimentará de la prolongación del lazo 110 kV ciudad (4,5 km AAAC-199 mm2). Para esto se requiere un nuevo campo de 110 kV en la subestación Cantarrana (antiguo campo expreso Santa Clara). Acciones a desarrollar  Puesta en marcha de la subestación 110/34.5 kV Junco Sur con un transformador de 25 MVA y tres salidas a 34.5 kV para asimilar los incrementos de carga y demanda industrial en Cienfuegos fundamentalmente por la expansión de refinería.  Construir la subestación 110/13,8 kV con un transformador de 25 MVA y salidas a 13,8 kV para asimilar los incrementos de carga y demanda residencial y de servicios en la ciudad de Cienfuegos por expansión del turismo, la salud y otras nuevas inversiones, así como el desarrollo social.  Culminar la construcción de aproximadamente 4,8 km de línea aérea de 110 kV para alimentar la nueva subestación CC3 o Salud desde las líneas a CC 1 o Junco.  Rehabilitar los campos de 110 kV de Cantarrana.  Puesta en marcha de los 0,6 km de línea de 110 kV soterrada desde el campo 1 hasta la estructura del lazo de 110 kV Cienfuegos Ciudad si no se logra la permuta de campos de las salidas actuales hacia el este.  Iniciar el proceso de micro localización de la subestación 110/33 kV Pepito Tey. Año 2018 Comenzar la ampliación de la subestación de Yaguaramas y Cruces con la incorporación de un transformador de 25 MVA en cada una, en aras de dar solución a los problemas existentes con el menor costo posible..

(45) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. 34. Se propone la micro localización de la subestación 110/33 kV Pepito Tey, la cual se alimentará de la línea existente a Trinidad, si se logra el cierre del lazo desde Sancti Spíritus, para ello se requiere la apertura del alimentador actual a Trinidad o, adecuar el esquema de dos derivaciones desde las LTE 110 kV de Cemento y Trinidad. Hasta el cierre del lazo con La Moza. Con la puesta en servicio de la subestación 110/13 kV Cienfuegos Ciudad III o Salud y el lazo por 110 kV se deben preparar las condiciones para la habilitación de los expresos y enlaces y la automática en redes de 13 kV. Acciones a desarrollar  Puesta en marcha de la subestación 110/13,8 kV con un transformador de 25 MVA y todas las salidas a 13,8 kV para asimilar los incrementos de carga y demanda residencial y de servicios en la ciudad de Cienfuegos.  Procesos de micro localización de las subestaciones y tramos de LTE de 110 kV previstas para el próximo año.  Preparación de la rehabilitación de los campos y LTE 110 kV existentes involucradas.  Preparación de la rehabilitación de los campos de Yaguaramas y Cruces. En el Anexo No.4 se puede apreciar las perspectivas de las redes 110 kV 2017 – 2018. Año 2019 Se propone la construcción de la subestación 110/33 kV Pepito Tey, la cual se alimentará de la línea existente a Trinidad con sus salidas hacia los puntos clave del entorno: Cumanayagua, Arimao, Cienfuegos y Rancho Luna. Se propone la ampliación de la barra de CMC con un transformador de 25 MVA por los problemas de cargabilidad que presenta esta subestación así como .la micro localización de la subestación 110/33 kV Cartagena, la cual se concibe aledaña a la del Central 5 de Septiembre; si se logra su materialización, con el.

(46) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. 35. cierre del lazo hacia Cantarrana y Yaguaramas o Santo Domingo, para ello se requiere la construcción del orden de 55 - 75 km de LTE 110 kV. Acciones a desarrollar  Micro localización de las LTE de 110 kV de enlace o salida de la Biogeneración y terreno aledaño al central para la subestación 110/33 kV.  Construir, en un terreno próximo al asentamiento Pepito Tey, una subestación 110/34.5 kV con un transformador de 25 MVA y cuatro salidas a 34.5 kV para asimilar los incrementos de carga y demanda turística en las zonas de playa y aseguramiento a la zona de Cumanayagua.  Construir aproximadamente 0,5 a 0,8 km de línea aérea de 110 kV para alimentar la nueva subestación Pepito Tey desde las líneas a Trinidad y Cemento en su primera etapa si no es posible el expreso desde Cantarrana.  Construir aproximadamente 2,8 m de línea de 33 kV para los alimentadores de salida de la nueva subestación 110/33 kV. Año 2020 Se propone la construcción del lazo desde Central 5 de Septiembre hacia Cantarrana y Yaguaramas o Santo Domingo, para ello se requiere la construcción del orden de 55 - 75 km de LTE 110 kV para las salidas o enlaces de la Biogeneración Central 5 de Septiembre con el SEN. Acciones a desarrollar Construcción y puesta en marcha de las LTE 110 kV de enlace o salida de la biogeneración y la subestación 110/13 kV y 110/33 kV Central 5 de Septiembre. En el Anexo No.5 se puede apreciar las perspectivas de las redes 110 kV 2019 – 2020. Año 2021 Se propone consolidación del lazo desde Central 5 de Septiembre hacia Cantarrana y Yaguaramas o Santo Domingo, para ello se requiere la construcción.

(47) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. 36. del orden de 55 - 75 km de LTE 110 kV de enlace de la biogeneración Central 5 de Septiembre con el SEN en dos puntos. Acciones a desarrollar Continuar la. construcción de las LTE 110 kV de enlace o salida de la. Biogeneración y comienza la asimilación por el SEN de la generación. Año 2022 Se propone la micro localización de la subestación 110/33 kV Aguada en los terrenos aledaños al poblado. Acciones a desarrollar Micro localización de los tramos de LTE 110 kV de enlace con la nueva subestación 110/33 kV Aguada. Año 2023 Se propone la construcción y puesta en marcha de la subestación Aguada 110/33 kV con cuatro salidas: Hacia Matanzas, hacia Yaguaramas, el poblado de Aguada y los bombeos. Se propone micro localización de los tramos de LTE 110 kV y la subestación 110/33 kV Abreus en los terrenos aledaños al poblado. Acciones a desarrollar  Puesta en marcha de la subestación 110/33 kV Aguada con entrada y salida por 110 kV y 4 salidas de 33 kV.  Construir aproximadamente 0,5 a 0,8 km de línea aérea de 110 kV para alimentar la nueva subestación Aguada desde la LTE 110 kV Yaguaramas – Matanzas. Año 2024 Se propone micro localización de las LTE 110 kV y la SE 110/33 kV Abreus y la instalación de 50 MW de generación en la barra de CMC en baterías de 2.1MW ubicados por dos bloques de 25 MW. Acciones a desarrollar.

(48) CAPÍTULO 2. Descripción de la red de 110 kV. 37. Micro localización de los tramos de LTE 110 kV de enlace con la nueva subestación 110/33 kV Abreus. Año 2025 Se propone la construcción de los tramos de las LTE 110 kV y las subestación 110/33 kV Abreus e instalación de 80 MW en la barra de la refinería en los primeros años utilización. Se propone formar cuatro bloques de 20 MW cada uno. Acciones a desarrollar  Puesta en marcha de la subestación 110/33 kV Abreus con entrada y salida por 110 kV y 4 salidas de 33 kV.  Construir aproximadamente 3,5 a 4,5 km de línea aérea de 110 kV para alimentar la nueva subestación Abreus desde la LTE 110 kV Cantarrana – 5 de Septiembre. Año 2026 Se propone la micro localización de las LTE 110 kV y las subestación 110/33 kV de las zonas turísticas de la Costa Sur y Rancho Luna Pasacaballos Acciones a desarrollar Micro localización de los tramos de. LTE 110 kV de enlace con las nuevas. subestaciones 110/33 kV de los Polos Turísticos. Año 2027 Se propone la construcción de los tramos de LTE 110 kV y la subestación 110/33 kV Rancho Luna – Pasacaballos, la cual se alimentará de la línea existente a Trinidad cerrado el lazo con el expreso desde Sancti Spíritus. Se propone la micro localización de la subestación 110/33 kV Rancho Luna. – Pasacaballos en el entorno, la cual se concibe desde la apertura de línea actual con 14 km de LTE 110 kV DC..