ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL DE EIBAR ______ EIBARKO INDUSTRIA INGENIARITZA TEKNIKOKO UNIBERTSITATE ESKOLA ______ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA INGENIARITZA ELEKTRIKO SAILA EXAMEN FINAL DE TECNOLOGÍAS DE GENERACIÓN DISTRIBUIDA 20 de enero de 2015 NOMBRE: APELLIDOS: CALIFICACIÓN: DNI: EJERCICIO 1 (1,75 puntos) En el siguiente circuito trifásico la tensión en el nudo de generación es de 1kV y se conocen los datos de la tabla 1. © Departamento de Ingeniería Eléctrica - EUITI de Eibar / Ingeniaritza Elektriko Saila - Eibarko IITUE Tabla 1. Datos nominales de los elementos del sistema. Elemento Vnom (kV) Snom (kVA) T1 1 / 10 100 T2 1 / 10 100 Línea 1-2 Línea 3-4 - Impedancia XT1 = 0,07j Ω XT2 = 0,07j Ω Z = 6 + 10j Ω Z = 6 + 10j Ω Sabiendo que la carga C1 consume una potencia activa de 100 kW y una potencia reactiva de 60 kVAr, operando en valores por unidad (pu) calcular el valor de las siguientes magnitudes en unidades físicas: • • • • Módulo de la intensidad que proporciona el generador (IG). Módulo de la intensidad que consume la carga (IC) Módulo de la tensión en la carga (VC). Potencia activa total pérdida en las líneas (PL). NOTA: Las reactancias de los transformadores que se aportan como dato, son las vistas del lado de 1 kV de cada transformador. Otaola Hiribidea 29 - Av. Otaola 29 // PK-CP 20600 // Eibar (Gipuzkoa) Tf: 943 03 30 20 // Faxa - Fax: 943 03 31 10 %En el circuito se distinguen dos zonas. %Zona G: Nudo 1, Línea L1-2 y Nudo 2. %Zona C: Nudo 3, Línea 3-4 y Nudo 4. %Los datos del circuito son: Vg = 1*10^3; V1_t1 = 1*10^3; V1_t2 = 1*10^3; V2_t1 = 10*10^3; V2_t2 = 10*10^3; Xt1 = 0.07i; %(vista desde el primario) Xt2 = 0.07i; %(vista desde el primario) St1 = 1*10^3; Zl12 = 6 + 10i; Zl34 = 6 + 10i; Pc = 100*10^3; Qc = 60*10^3; %Se seleccionan los valores base: VbC = 10*10^3; Sb = 100*10^3; %Se calcular las tensiones base: VbG = 1*10^3; %Se calculan las impedancias base: ZbG = VbG^2/Sb; 10 ZbC = VbC^2/Sb; 1000 %Se calculan las intensidades base: IbG = Sb/(sqrt(3)*VbG); 57.7350 IbC = Sb/(sqrt(3)*VbC); 5.7735 %Se obtienen los valores en pu: Vg_pu = Vg/VbG; 1 Xt1_pu = Xt1/ZbG; 0.0070i Xt2_pu = Xt2/ZbG; 0.0070i Zl12_pu = Zl12/ZbG; 0.6000 + 1.0000i Zl34_pu = Zl34/ZbC; 0.0060 + 0.0100i Pc_pu = Pc/Sb; 1 Qc_pu = Qc/Sb; 0.6000 %Se plantea la ecuación de resolución. La carga se da como potencia, %por tanto, se plantea un triángulo de potencias para obtener I. %Primero se calcula el paralelo de las dos ramas: Zt_pu = 1/(1/(Zl12_pu + Xt2_pu) + 1/(Xt1_pu + Zl34_pu)) 0.0060 + 0.0167i Rt = real(Zt_pu) 0.0060 Xt = imag(Zt_pu) 0.0167 %(Vg_pu*I)^2 = (Pc_pu + Rt*I^2)^2 + (Qc_pu + Xt*I^2)^2 %Operando se obtiene el polinomio a resolver: % (Vg_pu*I)^2 = Pc_pu^2 + (Rt*I^2)^2 + 2**Pc_pu*Rt*I^2 + Qc_pu^2 + (Xt*I^2)^2 + 2*Qc_pu*Xt*I^2 % (Rt^2 + abs(Xt)^2)*I^4 + (-Vg_pu^2 + 2*Pc_pu*Rt + 2*Qc_pu*abs(Xt))*I^2 + (Pc_pu^2 + Qc_pu^2) p = [Rt^2+abs(Xt)^2 0 -Vg_pu^2+2*Pc_pu*Rt+2*Qc_pu*abs(Xt) 0 Pc_pu^2+Qc_pu^2] 0.0003 0 -0.9680 0 1.3600 I_pu = roots(p) -55.3859 55.3859 -1.1856 1.1856 %De todos los valores se coge el más coherente I_pu = I_pu(4) 1.1856 %Módulo de la intensidad que proporciona el generador: Ig = I_pu*IbG 68.4495 %Módulo de la intensidad que consume la carga: Ic = I_pu*IbC 6.8449 %Módulo de la tensión en la carga %Vg_pu = I_pu*Zt + Vc Vc = (Vg_pu - I_pu*sqrt(Rt^2+Xt^2))*VbC 9.7894e+03 %Pérdidas totales de potencia activa en las líneas: Pl = Rt*I_pu^2*Sb 837.8413 ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL DE EIBAR ______ EIBARKO INDUSTRIA INGENIARITZA TEKNIKOKO UNIBERTSITATE ESKOLA ______ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA INGENIARITZA ELEKTRIKO SAILA EJERCICIO 2 (1,75 puntos) En el siguiente circuito de 3 nudos, se conocen los datos indicados en la tabla 1. G1 G2 1 2 3 © Departamento de Ingeniería Eléctrica - EUITI de Eibar / Ingeniaritza Elektriko Saila - Eibarko IITUE Tabla 1. Datos del circuito. NUDO V PG PC QG QC 1 1 0.5 0.2 - 0.1 2 1,1 - 0 - 0 3 - 0 0.7 0 0.4 Teniendo en cuenta que la potencia base que se ha tomado para la presentación de los datos es de SB = 5 MVA, y que la impedancia de las líneas son: ZL12 = 0,1j y ZL23 = 0,16j, se pide resolver los siguientes puntos: • • • • Obtener la matriz de admitancias del circuito. Obtener el sistema de ecuaciones a resolver para la obtención de los elementos incógnita. Obtener la matriz jacobiana a emplear en el proceso iterativo de Newton-Raphson y representarla con valores numéricos teniendo en cuenta el perfil plano. Suponiendo que se ha resuelto el proceso iterativo, plantear como se podría calcular la potencia reactiva generada en el nudo 1. Otaola Hiribidea 29 - Av. Otaola 29 // PK-CP 20600 // Eibar (Gipuzkoa) Tf: 943 03 30 20 // Faxa - Fax: 943 03 31 10 ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL DE EIBAR ______ EIBARKO INDUSTRIA INGENIARITZA TEKNIKOKO UNIBERTSITATE ESKOLA ______ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA INGENIARITZA ELEKTRIKO SAILA PARTE TEÓRICA (6,5 puntos) Elegir una única respuesta correcta en cada una de las siguientes cuestiones: 1. ¿Cuándo conviene transmitir en DC en lugar de AC, si los flujos de potencia reactiva intercambiada entre dos sistemas tiene que variar de forma rápida?: a) Cuando se tiene una reactancia inductiva despreciable en la línea. b) Cuando los sistemas que se quieren conectar operan a diferente frecuencia c) Ambas respuestas son correctas. 2. En caso de que se agote la reserva terciaria, REE se encargará de: a) gestionar los desvíos en el mercado a corto plazo. b) gestionar los desvíos en el mercado diario. c) gestionar las restricciones en el mercado diario. © Departamento de Ingeniería Eléctrica - EUITI de Eibar / Ingeniaritza Elektriko Saila - Eibarko IITUE 3. En la gestión de restricciones que se da el día de la venta de energía: a) se establecen los servicios complementarios. b) se solventan las limitaciones que puedan derivar de una posible congestión en la red de transporte. c) se impide que entren las centrales de hora punta mientras estén disponibles las centrales base. 4. A las centrales hidráulicas de agua fluyente les interesa ofertar su energía a: a) un precio nulo para asegurarse la venta de energía en el mercado. b) un precio intermedio en función del caudal de agua disponible. c) un precio elevado para compensar las pérdidas que se tienen cuando el caudal es bajo. 5. En una micro-red conectada a red: a) el coste del sistema se encarece debido a la necesidad de almacenamiento. b) el funcionamiento no está estrechamente ligado a las variaciones estacionales. c) Ambas respuestas son incorrectas. 6. El protocolo IEC 61850: a) se utiliza en las micro-redes para la comunicación externa. b) es un protocolo específico para los sistemas de potencia eléctrica. c) ambas respuestas son correctas. 7. En condiciones de falta, una máquina síncrona cuyo devanado de rotor se excita mediante un generador de imanes permanentes acoplado al mismo: a) solo es capaz de proporcionar corriente de falta sostenida cuando la falta no es trifásica. b) tendrá que desconectarse de la red ya que el sistema de excitación quedará inutilizado. c) ninguna de las dos es correcta. Otaola Hiribidea 29 - Av. Otaola 29 // PK-CP 20600 // Eibar (Gipuzkoa) Tf: 943 03 30 20 // Faxa - Fax: 943 03 31 10 ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL DE EIBAR ______ EIBARKO INDUSTRIA INGENIARITZA TEKNIKOKO UNIBERTSITATE ESKOLA ______ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA INGENIARITZA ELEKTRIKO SAILA 8. El arranque de un generador asíncrono: a) provoca una caída de tensión en bornes de la máquina. b) provoca un aumento de la potencia activa consumida. c) ambas respuestas son correctas. 9. En una red de distribución en la que trabajan en conjunto un transformador de cambio de tomas y un GD para regular el nivel de tensión en el punto en que está conectado el GD, ¿qué hará el transformador, si ha recibido la consigna de que el GD ha aumentado la inyección de potencia reactiva? a) Reducirá el número de espiras del devanado primario. b) Aumentará el número de espiras del devanado primario. c) Nada, ya que están en una red de distribución. © Departamento de Ingeniería Eléctrica - EUITI de Eibar / Ingeniaritza Elektriko Saila - Eibarko IITUE 10. En una red de distribución, las variaciones de tensión: a) se dan en función de los flujos de potencia activa. b) se dan en función de los flujos de potencia reactiva. c) ambas respuestas son correctas. 11. La región de polarización de activación de una pila de combustible tipo PEM: a) depende de las reacciones, material y microestructura del catalizador. b) es proporcional a la densidad de corriente. c) dependen en gran medida de la densidad de corriente, la actividad del reactante, y la estructura de electrodo. 12. ¿Cuál es la principal desventaja de una pila de combustible de ácido fosfórico (PAFC)? a) Su peso y volumen es elevado. b) Su vida útil es reducida. c) Ambas son correctas. 13. El motor Stirling de configuración beta: a) tiene el pistón de trabajo y el desplazador en el mismo cilindro. b) tiene una relación de compresión más baja que el motor de configuración gamma. c) no necesita volante de inercia. 14. En una microturbina de gas, cuánto mayor sea la relación de compresión de aire a la entrada, más potencia de salida irá destinada a: a) la compresión de combustible que entra a la cámara de combustión. b) mover el compresor de aire. c) ambas respuestas son correctas. Otaola Hiribidea 29 - Av. Otaola 29 // PK-CP 20600 // Eibar (Gipuzkoa) Tf: 943 03 30 20 // Faxa - Fax: 943 03 31 10 ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL DE EIBAR ______ EIBARKO INDUSTRIA INGENIARITZA TEKNIKOKO UNIBERTSITATE ESKOLA ______ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA INGENIARITZA ELEKTRIKO SAILA 15. Si se quiere diseñar una aplicación basada en un motor de combustión interna, en la que se requiere la mayor autonomía posible para un mismo espacio de almacenamiento de combustible, de los siguientes combustibles ¿cuál sería el más adecuado? a) Diésel. b) Gas natural. c) Biogás. 16. ¿Cuál de las siguientes tecnologías ofrece una energía específica mayor? a) Bobina superconductora b) Batería. c) Pila de combustible. © Departamento de Ingeniería Eléctrica - EUITI de Eibar / Ingeniaritza Elektriko Saila - Eibarko IITUE 17. ¿Cuál de las siguientes tecnologías se puede emplear para limitar corrientes de falta?: a) Transformador sin neutro conectado a tierra. b) Bobina superconductora. c) Ambas respuestas son correctas. 18. ¿Qué ventaja tiene la gasificación en una batería de plomo-ácido tradicional? a) Se evita la corrosión de la parte inferior de las placas. b) Se evita la corrosión de la placa positiva por oxígeno. c) Se consigue la estratificación del electrolito. 19. En un supercondensador, el uso de un electrolito acuoso frente a uno orgánico supone: a) una tensión por electrodo mayor. b) un rango de temperatura mayor. c) ambas respuestas son incorrectas. 20. En una aplicación para mejorar la calidad de energía basada en bobina superconductora, si se quiere ubicar cerca del consumo ¿qué tipo de bobina será la más adecuada? a) Toroide. b) Solenoide. c) Es indiferente 21. Si se quiere diseñar una aplicación basada en un volante de inercia de alta velocidad, en la cual se requiere una buena resistencia a la tracción, ¿qué tipo de máquina se empleará? a) Máquina asíncrona. b) Máquina de imanes permanentes. c) Máquina de reluctancia variable. Otaola Hiribidea 29 - Av. Otaola 29 // PK-CP 20600 // Eibar (Gipuzkoa) Tf: 943 03 30 20 // Faxa - Fax: 943 03 31 10 ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL DE EIBAR ______ EIBARKO INDUSTRIA INGENIARITZA TEKNIKOKO UNIBERTSITATE ESKOLA ______ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA INGENIARITZA ELEKTRIKO SAILA 22. En una central de bombeo, si se quiere bombear un volumen de 1000 m3 de agua a una altura de 800 m, suponiendo una eficiencia de bombeo del 70 %, ¿qué energía se necesitará para poder realizar el bombeo? a) 5.488 MJ b) 7.840 MJ c) 11.200 MJ. 23. Si se quiere producir ACS aprovechando los gases de escape de una microturbina de gas sin reducir su eficiencia eléctrica ¿dónde se situará el intercambiador de calor? a) Se sustituye por el recuperador. b) A la salida del recuperador. c) Entre la salida de la turbina y la entrada del recuperador. © Departamento de Ingeniería Eléctrica - EUITI de Eibar / Ingeniaritza Elektriko Saila - Eibarko IITUE 24. Si se quiere aprovechar el calor residual de una pila de combustible MCFC para la producción de frío a -25 ºC mediante un ciclo de absorción, ¿qué tipo de par refrigerante-absorbente se empleará? a) Amoníaco/agua b) Agua/bromuro de litio. c) Es indiferente. 25. En una instalación de trigeneración híbrida formada por una microturbina de gas y una pila de combustible SOFC, ¿cuál será el lugar idóneo para situar una máquina de refrigeración por absorción? a) A la salida de la turbina. b) A la salida de la pila de combustible. c) A la salida del recuperador de la microturbina. Otaola Hiribidea 29 - Av. Otaola 29 // PK-CP 20600 // Eibar (Gipuzkoa) Tf: 943 03 30 20 // Faxa - Fax: 943 03 31 10