Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP) es una asignatura obligatoria del segundo semestre del primer curso del Máster Universitario de Ingeniería de Minas que integra, junto con Automatización y Control, la matería Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática del módulo de Tecnología Específica.

La asignatura de SEP tiene como objetivo el estudio de los sistemas dedicados a la generación, transporte y distribución de la energía eléctrica. Dada su carga lectiva (3 créditos ECTS), el alcance se restringe al conocimiento del funcionamiento de dichos sistemas. En este contexto, la asignatura capacitará para la comprensión de la información técnica característica de los equipos principales utilizados en las redes eléctricas y formará criterios sobre los rangos y magnitudes de referencia de las variables eléctricas. Se desarrollarán habilidades básicas para el cálculo de las variables eléctricas utilizando las principales técnicas de análisis de sistemas y se introducirán los conceptos fundamentales del control y explotación de la red eléctrica.

Para cursar la asignatura con aprovechamiento es recomendable tener conocimientos básicos de electrotecnia, máquinas eléctricas, física y matemática. Estos concocimientos se imparten en las siguientes asignaturas del grado en Ingeniería de Tecnologías Mineras:

• Ondas y Electromagnetismo,
• Cálculo y Ampliación de Cálculo,
• Electrotecnia,

y en otras equivalentes pertenecientes a los planes de estudio de las ingenierías.

A continuación se especifican los conocimientos previos recomendados para cursar la asignatura:

Conocimientos previos de matemática

• Trigonometría.
• Aplicaciones del cálculo diferencial e integral.
• Ecuaciones diferenciales.
• Matrices y sistemas de ecuaciones.
• Algebra Compleja.

Conocimientos previos de física

• Electrostática.
• Magnetostática.
• Campos electromagnéticos variables.

Conocimientos previos de Electrotecnia

• Teoría general de circuitos. Elementos activos y pasivos.
• Métodos y teoremas de análisis circuital.
• Circuitos en régimen permanente senoidal.
• Sistemas trifásicos.

Conocimientos básicos previos de máquinas eléctricas

• Transformadores.
• Máquinas eléctricas rotativas

Conocimientos básicos de informática

• Conocimientos básicos de programación orientada a la ingeniería.

Competencias básicas

• CB6 Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación
• CB7 Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio
• CB8 Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios
• CB9 Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades
• CB10 Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo

Competencias generales

• CG1 Capacitación científico-técnica y metodológica para el reciclaje continuo de conocimientos y el ejercicio de las funciones profesionales de asesoría, análisis, diseño, cálculo, proyecto, planificación, dirección, gestión, construcción, mantenimiento, conservación y explotación en sus campos de actividad.
• CG2 Comprensión de los múltiples condicionamientos de carácter técnico, legal y de la propiedad que se plantean en el proyecto de una planta o instalación, y capacidad para establecer diferentes alternativas válidas, elegir la óptima y plasmarla adecuadamente, previendo los problemas de su desarrollo, y empleando los métodos y tecnologías más adecuadas, tanto tradicionales como innovadores, con la finalidad de conseguir la mayor eficacia y favorecer el progreso y un desarrollo de la sociedad  sostenible y respetuoso con el medio ambiente. 
• CG4. Conocimiento de la profesión de Ingeniero de Minas y de las actividades que se pueden realizar en el ámbito de la misma.
• CG8. Capacidad para planificar y gestionar recursos energéticos, incluyendo la generación, transporte, distribución y utilización.

Competencias específicas

• CE1. Capacidad para abordar y resolver problemas matemáticos avanzados de ingeniería, desde el planteamiento del problema hasta el desarrollo de la formulación y su implementación en un programa de ordenador. En particular, capacidad para formular, programar y aplicar modelos analíticos y numéricos avanzados de cálculo, proyecto, planificación y gestión, así como capacidad para la interpretación de los resultados obtenidos, en el contexto de la Ingeniería de Minas.
• CE6. Capacidad para planificar y gestionar recursos energéticos, incluyendo generación, transporte, distribución y utilización.
• CE11 Conocimiento de sistemas de control y automatismos.

Competencias transversales

• CT1 - Capacidad de análisis y síntesis.
• CT2 - Capacidad de organización y planificación.
• CT3 - Comunicación oral y escrita en la lengua nativa.
• CT5 - Conocimientos de informática relativos al ámbito de estudio.
• CT6 - Capacidad de gestión de la información.
• CT7 - Resolución de problemas complejos.
• CT8 - Toma de decisiones.
• CT9 - Trabajo en equipo.
• CT11 - Habilidades en las relaciones interpersonales y la comunicación.
• CT12 - Razonamiento crítico, así como capacidad para interpretar datos y manejar conceptos complejos.
• CT14 - Aprendizaje autónomo, así como capacidad para estar al día y reconocer la importancia de la formación continua propia.
• CT15 - Adaptación a nuevas situaciones y contextos diversos e internacionales.
• CT16 - Motivación por la calidad, así como capacidad para manejar y desarrollar códigos de buenas prácticas y normas.
• CT17 - Concienciación sobre temas ambientales, sociales y de sostenibilidad.
• CT18 - Motivación por la seguridad y prevención de riesgos laborables.
• CT21 - Capacidad para interrelacionar los conocimientos de las distintas especialidades del ámbito de formación, así como desarrollar destrezas para llevar a cabo investigaciones experimentales.

Resultados del aprendizaje

Las competencias trabajadas en esta asignatura darán lugar a los siguientes resultados del aprendizaje:

RA09.1: Describir el funcionamiento global de los sistemas eléctricos de potencia con énfasis en los aspectos técnicos y económicos asociados a la
generación y transporte y distribución de la energía, en base a las siguientes competencias (CB6, CB7, CB8, CB9, CB10, CG4, CG8, CE6, CT1, CT2, CT3, CT5, CT6, CT7, CT8, CT9, CT11, CT12, CT14, CT15, CT 16, CT17, CT18, CT21).
RA09.2: Conocer y comprender los elementos y el funcionamiento de instalaciones y redes eléctricas, así como los sistemas de potencia y protección eléctrica, desarrollado en base a las siguientes competencias (CG1, CG2, CG4, CE1, CE11, CT1, CT2, CT3, CT5, CT6, CT7, CT8, CT9, CT11, CT12, CT14, CT15, CT 16, CT17, CT18, CT21).
RA09.3: Interpretar la información técnica contenida en los diagramas unifilares que representan a las redes eléctricas y a las subestaciones, incluyendo la identificación de los equipos que las conforman, en base a las siguientes competencias (CG8, CE6, CT1, CT2, CT3, CT5, CT6, CT7, CT8, CT9, CT11, CT12, CT14, CT15, CT 16, CT17, CT18, CT21).
RA09.4: Conocer los principios de funcionamiento del generador síncrono y del control de la potencia generada, en base a las siguientes competencias (CG8, CE6, CE11, CT1, CT2, CT3, CT5, CT6, CT7, CT8, CT9, CT11, CT12, CT14, CT15, CT 16, CT17, CT18, CT21).
RA09.5: Conocer las bases del estudio de los flujos de carga en los sistemas eléctricos, en base a las siguientes competencias (CG8, CE6, CT1, CT2, CT3, CT5, CT6, CT7, CT8, CT9, CT11, CT12, CT14, CT15, CT 16, CT17, CT18, CT21).

Los contenidos de la asignatura incluidos en la memoría de verificación del título, son:

1. Producción y demanda de energía eléctrica y su cuantificación
2. Descripción del sistema eléctrico de potencia, topologías de red y subestaciones. Función de los equipos principales.
3. Interpretación de los datos técnicos básicos de los equipos eléctricos. Instalaciones de alta, media y baja tensión
4. Generadores síncronos. Principios constructivos y de funcionamiento
5. Formulación del flujo de carga en redes eléctricas
6. Introducción a los sistemas de protección eléctrica

El temario que desarolla los contenidos y fija su orden de impartición es el siguiente:

Tema 1. Sistemas eléctricos de potencia (SEP) (contenidos  2, 3, 4, 6)

• Descripción y representación de los SEP: diagramas unifilares y valores por unidad.
• Equipos eléctricos que conforman los SEP: función, interpretación de datos técnicos y modelos circuitales equivalentes. Equipos de protección eléctrica.
• Topologías de red.

Tema 2. Análisis de los Sistemas Eléctricos de Potencia (contenidos 1, 5, 6)

• Cálculo de corrientes y tensiones. Estimación de potencias.
• Cálculo de potencias de cortocircuito.
• Matriz de admitancia de barras.
• Fundamentos del estudio de flujos de carga.

Tema 3. Producción y demanda de energía (contenidos 1, 4)

• Conceptos generales de producción y demanda de energía.
• Nociones básicas de generadores síncronos.
• Introducción al control de la generación eléctrica

Programa de Prácticas

Las prácticas de laboratorio consisten en el modelado, simulación y análisis de un sistema eléctrico de potencia con el objetivo de entender su funcionamiento y opciones de control, además de procurar el entrenamiento en el uso de programas informáticos de uso común en el estudio de sistemas eléctricos. El bloque de prácticas incluye dos partes diferenciadas: en la primera se da una formación específica para el modelado de sistemas eléctricos, presentación de datos y opciones de análisis, a la vez que se introducen o refuerzan conceptos relacionados con la explotación de la red (4 horas). La segunda parte está dedicada a un proyecto que el alumno debe desarrollar como trabajo individual. Este proyecto incluye horas de trabajo no presencial. 

Las herramientas informáticas utilizadas en las prácticas de laboratorio son el Matlab y el PowerWorld.

Contenido de las prácticas

Sesión 1 y 2 (2 horas). Tutorial. Estas dos primeras sesiones se dedican al modelado de una red de media tensión de 3 barras. Se interpretan los formatos de presentación de datos, se analizan las funciones del software y se revisan las diferentes opciones de presentación y análisis de resultados.  Se obtienen las matrices características del modelo y se hace una introducción al tratamiento de matrices dispersas. 

Sesiones 3 y 4 (2 horas). Se modela una red de 4 barras con transformadores en paralelo. Se analizan las técnicas básicas de control de tensiones y flujos de carga, funcionamiento de los cambiadores de tomas y técnicas de compensación de reactiva.

Sesiones 5 y 6 (2 horas). Inicio del proyecto individual que consiste en el modelado y análisis de un Sistema Eléctrico de Potencia y en el cálculo o verificación de resultados mediante la aplicación directa de la formulación de los flujos de carga y en la programación de rutinas en el entorno Matlab / Octave. En estas dos sesiones el alumno cuenta con la tutoría permanente del profesor para iniciar su trabajo.

La metodología docente para esta asignatura combina la clase magistral con las prácticas de aula y de laboratorio.
En la clase magistral se alternará la exposición de conceptos con la descripción de instalaciones y equipos, haciendo énfasis en la función de cada uno. Además, se desarrollarán los métodos adecuados para el modelado y análisis básico de la red en condiciones normales de funcionamiento.
En las prácticas de aula, se resolverán ejemplos prácticos de dificultad creciente hasta alcanzar el mismo nivel exigible posteriormente en las pruebas escritas.
Las prácticas de laboratorio consistirán en el modelado y simulación de un SEP.

En la siguiente tabla se detalla el número de horas programadas discriminadas por temas:

Temas

HorasTotales

ClaseExpositiva

Prácticasde aula 

Prácticasde lab.

Tutoriasgrupales

Sesionesde Evaluación

Totalpresencial

Trabajogrupo

trabajoautónomo

Total nopresencial

1

18

5

1

 0

 0

 0

6

 0

12

12

2

31

5

2

 4

 0

0

11

 0

20

20

3

26

3

1

 2

 0

0

6

 0

20

20

Total

75

13

4

6

0

0

23

0

52

52

A continuación se resume la distribución de horas de trabajo de la asignatura:

De forma excepcional, si las condiciones sanitarias lo requieren, se podrán incluir actividades de docencia no presencial. En cuyo caso, se informará al estudiantado de los cambios efectuados.

La evaluación de los resultados del aprendizaje se hará de la siguiente forma:

Prueba final:

se efectuará una prueba final en cada convocatoria oficial. Dicha prueba constará de preguntas de teoría y problemas de aplicación.

Actividades de laboratorio y proyecto:

Tal como se describe en la sección de contenidos de esta guía, en las primeras cuatro sesiones de laboratorio se trabajará la forma de simular un sistema de potencia con un software comercial específico. En las siguientes dos sesiones cada alumno pondrá en marcha su propio modelo de sistema (proyecto individual). Esta actividad deberá completarse con horas de trabajo no presencial. Se exigirá la presentación de un informe técnico con los resultados obtenidos.

Ponderación:

Prueba final escrita: 75%

Laboratorio y proyecto: 25%

Aclaraciones sobre la evaluación:

• Los criterios de la evaluación continua aplican para ambas convocatorias: mayo y junio.
• Laboratorio y proyecto forman un único bloque de evaluación.
• Las prácticas son de asistencia obligatoria.
• Solo se admitirán los informes de proyectos entregados dentro de los plazos señalados para tal fin y que cumplan con todos y cada uno de los requisitos especificados en la hoja de actividades.
• En todo caso, para aprobar la asignatura es necesario alcanzar un mínimo de 3,8 de 10 puntos en el examen de la convocatoria oficial de mayo o de junio, independientemente de la calificación obtenida en la evaluación continua. El no cumplimiento de este requisito se calificará con una nota definitiva máxima de hasta 4,5 puntos en la escala de 10. 

Alumnos en segunda matrícula o posterior

• Los alumnos en segunda matrícula o posterior que hayan aprobado previamente la parte de laboratorio y proyecto podrán evaluarse de la asignatura realizando los exámenes de las convocatorias oficiales sin participar en la evaluación continua. Así evaluada, la nota del examen de la convocatoria oficial representará el 100 % de la calificación final de la asignatura.

Estos criterios de evaluación son válidos para toda la matrícula.

Evaluación diferenciada

Los alumnos que se acojan al régimen de evaluación diferenciada realizarán un examen final de carácter teórico-práctico que incluirá todos los contenidos impartidos en la asignatura. El examen constará de dos partes: la primera, de teoría y problemas de cálculo, será la misma para todos los alumnos matriculados en la asignatura. La parte práctica, específica de la evaluación diferenciada, consistirá en el modelado y análisis de un sistema eléctrico de potencia utilizando las herramientas informáticas empleadas en el laboratorio y proyecto. Calificación definitiva: parte teórica 75%, parte práctica 25% del total. Para superar la asignatura será requisito alcanzar una nota mínima global de 5 puntos.

De forma excepcional, si las condiciones sanitarias lo requieren, se podrán incluir métodos de evaluación no presencial. En cuyo caso, se informará al estudiantado de los cambios efectuados.

Básica

[1] Material propio del profesor, disponible en el campus virtual de la universidad.

[2] T. Wildi, Máquinas Eléctricas y Sistemas de Potencia. Edit. Prentice Hall, México, 2006. ISBN: 9789702608141.

[3] J. Grainger, W. Stevenson, Análisis de Sistemas de Potencia. Edit. McGraw-Hill, México, 1995. ISBN : 970-10-0908-8.

[4] Normas y estándares UNE e IEEE (distintas normas comentadas, siempre disponibles mediante el servicio web -BUO- de la universidad).

Complementaria

[5] G. Exposito, Análisis y Operación de Sistemas de Energía Eléctrica. Edit. McGraw-Hill, Madrid, 2002. ISBN : 978-94-481-3592-8.

[6] Siemens Power Engineering Guide, Transmission and Distribution. Edit. Siemens Aktiengesellschaft Energy Sector, Munich 2008. Depósito legal: 11 900 KG 09.08 10.0 420 En 006100/5400 102555.

[7] H. Gremmel, ABB Switchgear Manual.  Edit. BBS, Heusenstamm, 2000. ISBN: 3-46448236-7.
 

Software:

• Matlab (R2021b)  (Licencia corporativa de la Universidad de Oviedo).

• Octave vs 4.0.0 (freeware).

• PowerWorld 21 vs ED (freeware). Enlace de descarga desde la web del desarrollador disponible en la web de la asignatura.