MODELO REDUCIDO DE UNA UNIDAD DE POTENCIA ININTERRUMPIDA
TRIFÁSICA PARA EL SOFTWARE EMTP-RV
JOHAN FERNEY CASTILLO GONZALEZ
CRISTIAN DANIEL ROJAS ROJAS
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLÓGIA EN ELECTRICIDAD
BOGOTÁ D.C.
2018
MODELO REDUCIDO DE UNA UNIDAD DE POTENCIA ININTERRUMPIDA
TRIFÁSICA PARA EL SOFTWARE EMTP-RV
JOHAN FERNEY CASTILLO GONZALEZ
CRISTIAN DANIEL ROJAS ROJAS
TRABAJO DE GRADO
PRESENTADO COMO REQUISITO
PARA OPTAR POR EL TITULO DE TECNOLOGO EN ELECTRICIDAD
ING. HELMUTH EDGARDO ORTIZ SUAREZ
DIRECTOR DEL PROYECTO
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLÓGIA EN ELECTRICIDAD
BOGOTÁ D.C.
2018
Nota de Aceptación
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_____________________________
Ingeniero Helmuth E. Ortiz Suarez
Director
_____________________________
Ingeniero Henry F. Ibáñez Olaya
Jurado
Bogotá, 2018
AGRADECIMIENTOS
A la Universidad Distrital Francisco José de Caldas por todas las herramientas
brindadas para mi formación como Tecnólogo.
Al Ingeniero Helmuth Edgardo Ortiz e Ingeniero José Danilo Rairán por sus
orientaciones y significativos aportes en la ejecución de este proyecto, logrando
despertar
motivación
para
trabajar
diferentes
perspectivas.
Al Ingeniero Raul Montaña por el soporte brindado en cuanto al software necesario
en la elaboración del proyecto.
Al soporte de EMTP-RV por su orientación y ayuda en el manejo de este software,
adquiriendo habilidades para el desarrollo de este proyecto.
TABLA DE CONTENIDO
CAPITULO 1 .............................................................................................................................................. 1
1.1
RESUMEN........................................................................................................................................... 1
1.2
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................. 2
1.3
OBJETIVOS......................................................................................................................................... 3
1.3.1 Objetivo General ............................................................................................................................ 3
1.3.2 Objetivos Específicos ..................................................................................................................... 3
1.4
JUSTIFICACIÓN................................................................................................................................... 4
1.5 ¿QUÉ ES UNA UPS? ................................................................................................................................ 4
1.6 PARTES DE UNA UPS............................................................................................................................... 5
1.6.1 Rectificador ..................................................................................................................................... 5
1.6.2 Cargador o batería ......................................................................................................................... 5
1.6.3 Inversor............................................................................................................................................ 5
1.6.4 Conmutador de dos posiciones (By-pass) ................................................................................. 5
1.7 TIPOS DE UPS ......................................................................................................................................... 6
1.7.1 Off-line o standby ........................................................................................................................... 6
1.7.2 Line-interactive ............................................................................................................................... 6
1.7.3 On-line double conversión ............................................................................................................ 7
1.8 MODO DE OPERACIÓN DE UNA UPS ........................................................................................................ 8
1.8.1 Modo de operación normal ........................................................................................................... 8
1.8.2 Modo de operación con baterías ................................................................................................. 8
1.8.3 Modo de operación con double conversion ............................................................................... 9
CAPITULO 2 ............................................................................................................................................ 10
2.1 ESTUDIO DEL MODELO DE UPS EN ETAP 16.0.0 ................................................................................. 10
2.1.1 Info page. ...................................................................................................................................... 11
2.1.2 Rating page. ................................................................................................................................. 11
2.1.2.1 AC Rating ............................................................................................................................................... 11
2.1.2.2 Output ..................................................................................................................................................... 12
2.1.2.3 Input ........................................................................................................................................................ 12
2.1.2.4 DC Rating ............................................................................................................................................... 13
2.1.3 Loading page. ............................................................................................................................... 14
2.1.4 Short-Circuit impedance page. .................................................................................................. 15
2.1.4.1 SC Contribution to AC System ............................................................................................................ 15
2.1.4.2 SC Contribution to DC System ............................................................................................................ 15
2.2 SIMULACIÓN REALIZADA EN ETAP 16.0.0 CON UPS TRIFÁSICA. ......................................................... 16
2.2.1 Equivalente de RED .................................................................................................................... 17
2.2.2 Transformador .............................................................................................................................. 18
2.2.3 UPS trifásica ................................................................................................................................. 19
2.2.4 Carga estática .............................................................................................................................. 20
CAPITULO 3 ............................................................................................................................................ 21
3.1 MODELO REDUCIDO DE UPS TRIFÁSICA ................................................................................................ 21
3.2 PASOS PARA CONSTRUCCIÓN DE LA UPS EN EMTP-RV ..................................................................... 23
3.2.1 Diseño del subsistema ................................................................................................................ 23
3.2.1.1 Entradas ................................................................................................................................................. 23
3.2.1.2 Constantes ............................................................................................................................................. 24
3.2.1.3 Salidas .................................................................................................................................................... 24
3.2.2 Programación del subsistema .................................................................................................... 24
3.2.3 Diseño de UPS en EMTP-RV .................................................................................................... 26
3.2.3.1 Entradas ................................................................................................................................................. 26
3.2.3.2 Salidas .................................................................................................................................................... 26
3.3ELEMENTOS USADOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL MODELO DE UPS TRIFÁSICA................................ 28
3.3.1 Voltage v (t), 3-phase .................................................................................................................. 28
3.3.2 Control signal scope .................................................................................................................... 28
3.3.3 Power P (t), 3-phase ................................................................................................................... 29
3.3.4 Power Q (t), 3-phase ................................................................................................................... 29
3.3.5 Controlled 3-phase breaker ........................................................................................................ 29
3.3.6 Page con signal ............................................................................................................................ 30
3.3.7 RLC ................................................................................................................................................ 30
3.3.8 F(u)................................................................................................................................................. 31
3.3.9 Simulink DLL................................................................................................................................. 31
3.3.10 AC voltaje source (3-phase) .................................................................................................... 32
3.3.11 Subcircuit .................................................................................................................................... 32
CAPITULO 4 ............................................................................................................................................ 33
4.1 SIMULACIÓN REALIZADA EN EMTP-RV CON UPS TRIFÁSICA. ............................................................. 33
4.1.1 Fuente trifásica ............................................................................................................................. 34
4.1.2 Transformador trifásico ............................................................................................................... 35
4.1.3 UPS Trifásica ................................................................................................................................ 36
4.1.4 Carga RLC trifásica ..................................................................................................................... 37
4.2 SIMULACIÓN UPS TRIFÁSICA CON BY-PASS ON ................................................................................... 38
4.3 SIMULACIÓN UPS TRIFÁSICA CON BY-PASS OFF ................................................................................. 38
4.4 SIMULACIÓN UPS TRIFÁSICA EN CONDICIÓN DE SERVICIO ................................................................... 38
4.5 CUADRO COMPARATIVO ENTRE LOS DOS TIPOS DE MODELO DE UPS TRIFÁSICA ................................ 39
A CONTINUACIÓN SE ILUSTRA UN CUADRO COMPARATIVO ENTRE EL MODELO DE UPS TRIFÁSICA YA
EXISTENTE DEL SOFTWARE ETAP 16.0.0 Y EL MODELO DE UPS TRIFÁSICA DESARROLLADO EN ESTE
PROYECTO EN EL SOFTWARE EMTP-RV..................................................................................................... 39
ANEXOS................................................................................................................................................... 40
1.1 ¿QUÉ ES EMTP – RV? ......................................................................................................................... 40
1.2 VENTAJAS ............................................................................................................................................... 41
1.3 INICIANDO EL PROGRAMA ....................................................................................................................... 41
1.4 BARRA DE HERRAMIENTAS ..................................................................................................................... 42
1.5 BIBLIOTECAS INCORPORADAS ................................................................................................................ 44
1.6 EDICIÓN DE UN CIRCUITO ....................................................................................................................... 45
1.6.1 Simulación del circuito ................................................................................................................ 46
1.6.2 Construcción de un subcircuito .................................................................................................. 49
1.6.3 Crear una biblioteca en EMTP-RV ............................................................................................ 50
1.6.4 Guardar subcircuito o modelo en la biblioteca del software EMTP-RV ............................... 51
1.6.5 Como pasar un modelo de Simulink (MATLAB) a EMTP_RV .............................................. 53
CONCLUSIONES .................................................................................................................................... 57
GLOSARIO .............................................................................................................................................. 58
REFERENCIAS ....................................................................................................................................... 59
FIGURAS
FIGURA 1 UPS OFF-LINE.................................................................................................................................... 6
FIGURA 2 UPS LINE-INTERACTIVE ..................................................................................................................... 7
FIGURA 3 UPS ON-LINE DOUBLÉ CONVERSION ................................................................................................. 7
FIGURA 4 UPS EN MODO DE OPERACIÓN NORMAL ............................................................................................ 8
FIGURA 5 UPS MODO DE OPERACIÓN CON BATERÍAS ....................................................................................... 8
FIGURA 6 FUNCIONAMIENTO DE UNA UPS DOUBLÉ CONVERSIÓN ...................................................................... 9
FIGURA 7 MENÚ EDITOR DEL BLOQUE UPS ETAP 16.0.0 .............................................................................. 10
FIGURA 8 MENÚ EDITOR RATING PAGE............................................................................................................ 13
FIGURA 9 MENÚ EDITOR LOADING PAGE ......................................................................................................... 14
FIGURA 10 MENÚ EDITOR SC IMP PAGE.......................................................................................................... 15
FIGURA 11 SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE POTENCIA INCLUYENDO UNA UPS TRIFÁSICA ........................... 16
FIGURA 12 EDITOR DEL EQUIVALENTE DE RED 11.4KV ................................................................................. 17
FIGURA 13 EDITOR DEL TRANSFORMADOR 500KVA ....................................................................................... 18
FIGURA 14 EDITOR DE LA UPS TRIFÁSICA ...................................................................................................... 19
FIGURA 15 EDITOR DE LA CARGA ESTÁTICA.................................................................................................... 20
FIGURA 16 MODELO DE UPS TRIFÁSICA EN EMTP-RV.................................................................................. 21
FIGURA 17 SUBSISTEMA PROGRAMADO MEDIANTE EL SOFTWARE MATLAB-SIMULINK ................................ 23
FIGURA 18 CONDICIONES DEL SUBSISTEMA EN MATLAB .............................................................................. 25
FIGURA 19 ESQUEMA DE UPS EN EMTP-RV ................................................................................................. 27
FIGURA 20 VOLTAGE V (T) 3-PHASE DEL SOFTWARE EMTP-RV .................................................................... 28
FIGURA 21 CONTROL SIGNAL SCOPE DEL SOFTWARE EMTP-RV ................................................................... 28
FIGURA 22 POWER P (T) 3-PHASE DEL SOFTWARE EMTP-RV ...................................................................... 29
FIGURA 23 POWER Q (T) 3-PHASE DEL SOFTWARE EMTP-RV ...................................................................... 29
FIGURA 24 CONTROLLED 3-PHASE BREAKER DEL SOFTWARE EMTP-RV ...................................................... 29
FIGURA 25 PAGE CON SIGNAL DEL SOFTWARE EMTP-RV ............................................................................. 30
FIGURA 26 CARGA RLC DEL SOFTWARE EMTP-RV....................................................................................... 30
FIGURA 27 F (U) DEL SOFTWARE EMTP-RV ................................................................................................... 31
FIGURA 28 SIMULINK DLL DEL SOFTWARE EMTP-RV.................................................................................... 31
FIGURA 29 AC VOLTAJE SOURCE 3-PHASE DEL SOFTWARE EMTP-RV......................................................... 32
FIGURA 30 AC VOLTAJE SOURCE 3-PHASE DEL SOFTWARE EMTP-RV......................................................... 32
FIGURA 31 SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE POTENCIA INCLUYENDO UNA UPS TRIFÁSICA EN EMTP-RV ... 33
FIGURA 32 EDITOR DE LA FUENTE TRIFÁSICA 11.4KV .................................................................................... 34
FIGURA 33 EDITOR DEL TRANSFORMADOR TRIFÁSICO DY +30° .................................................................... 35
FIGURA 34 EDITOR DE LA UPS TRIFÁSICA ...................................................................................................... 36
FIGURA 35 EDITOR DE LA CARGA RLC TRIFÁSICA .......................................................................................... 37
FIGURA 36 ICONO DEL SOFTWARE EMTPW ORKS........................................................................................... 40
FIGURA 37 ICONO DEL SOFTWARE SCOPEVIEW .............................................................................................. 40
FIGURA 38 OPCIONES QUE BRINDA LA VENTANA DE INICIO DE EMTP-RV ..................................................... 41
FIGURA 39 BARRA DE HERRAMIENTAS DE TRABAJO ........................................................................................ 42
FIGURA 40 BARRA DE HERRAMIENTAS DE OPCIONES ...................................................................................... 42
FIGURA 41 BARRA DE HERRAMIENTAS DE VISTA EMTPW ORKS ..................................................................... 43
FIGURA 42 BARRA DE HERRAMIENTAS DE DISEÑO EMTPWORKS .................................................................. 43
FIGURA 43 BARRA DE HERRAMIENTAS DE SIMULACIÓN EMTPW ORKS .......................................................... 43
FIGURA 44 LIBRERÍA DE EMTPW ORKS ........................................................................................................... 44
FIGURA 45 LIBRERÍA DE EMTPW ORKS ........................................................................................................... 45
FIGURA 46 LIBRERÍA DE EMTPW ORKS ........................................................................................................... 46
FIGURA 47 RUTA PARA VER LOS RESULTADOS EN SCOPEVIEW ...................................................................... 47
FIGURA 48 INTERFAZ DE SCOPEVIEW .............................................................................................................. 47
FIGURA 49 VOLTAJE Y CORRIENTE EN EL CAPACITOR ..................................................................................... 48
FIGURA 50 VOLTAJE Y CORRIENTE EN LA RESISTENCIA................................................................................... 48
FIGURA 51 VOLTAJE Y CORRIENTE EL INDUCTOR ............................................................................................ 49
FIGURA 52 SÍMBOLO DEL SUBCIRCUITO JUNTO A LAS ENTRADAS Y SALIDAS .................................................. 50
FIGURA 53 CREAR UNA LIBRERÍA EN EMTP-RV ............................................................................................. 51
FIGURA 54 MENÚ DE BIBLIOTECAS DEL SOFTWARE EMTPW OKRS ................................................................ 51
FIGURA 55 MODELO DE UNA UPS TRIFÁSICA AGREGADO A UNA LIBRERÍA DE USUARIO ................................ 52
FIGURA 56 BLOQUE DE UN SUBCIRCUITO EN MATLAB-SIMULINK .................................................................. 53
FIGURA 57 CONFIGURACIÓN DEL CÓDIGO EN MATLAB-SIMULINK................................................................. 54
FIGURA 58 MENÚ DE PARÁMETROS IMPORTAR CONTANTES DESDE SIMULINK ............................................... 55
FIGURA 59 SIMULINK DLL DE EMTP-RV PARA IMPORTAR ARCHIVOS (.DLL) DESDE SIMULINK ..................... 56
FIGURA 60 MODELO CREADO A PARTIR DE ARCHIVOS (.DLL) EN EMTP-RV .................................................. 56
ECUACIONES
ECUACIÓN 1 ...................................................................................................................................................... 11
ECUACIÓN 2 ...................................................................................................................................................... 12
ECUACIÓN 3 ...................................................................................................................................................... 12
ECUACIÓN 4 ...................................................................................................................................................... 12
ECUACIÓN 5 ...................................................................................................................................................... 12
ECUACIÓN 6 ...................................................................................................................................................... 13
ECUACIÓN 7 ...................................................................................................................................................... 14
ECUACIÓN 8 ...................................................................................................................................................... 14
ECUACIÓN 9 ...................................................................................................................................................... 15
ECUACIÓN 10 .................................................................................................................................................... 15
ECUACIÓN 11 .................................................................................................................................................... 24
ECUACIÓN 12 .................................................................................................................................................... 24
ECUACIÓN 13 .................................................................................................................................................... 25
ECUACIÓN 14 .................................................................................................................................................... 25
ECUACIÓN 15 .................................................................................................................................................... 25
TABLAS
TABLA 1 PRUEBAS DE TENSIÓN DE ENTRADA Y SALIDA EN ETAP 16.0.0 ....................................................... 22
TABLA 2. PRUEBAS DE TENSIÓN DE ENTRADA Y SALIDA EN EMTP-RV EN MODO NORMAL DE SERVICIO. ..... 38
TABLA 3. CUADRO COMPARATIVO UPS TRIFÁSICA ETAP 16.0.0 Y UPS TRIFÁSICA EMTP-RV .................. 39
CAPITULO 1
1.1 Resumen
Actualmente la Universidad Distrital Francisco José De Caldas cuenta con un
software llamado EMTP-RV, el cual permite realizar modelado y simulación de
sistemas eléctricos de potencia. Es el software destinado al análisis de circuitos
eléctricos especialmente en estado transitorio; permite modelar una gran cantidad
de variables y elementos eléctricos para los sistemas monofásicos y trifásicos de
potencia. Para el correcto estudio de cualquier proyecto realizado en este programa
y en particular el de este, fue necesario hacer uso de dos programas; EMTP-RV y
SCOPEVIEW. El primero de ellos ofrece un amplio conjunto de librerías en donde
se puede encontrar diferentes elementos de circuitos eléctricos y de control, con
los cuales es posible construir o modelar grandes sistemas de potencia para su
posterior análisis. El segundo programa pero no menos importante es una
herramienta adaptada para la visualización, procesamiento matemático y análisis
de resultados de la simulación, que permite ver el comportamiento en el tiempo de
las distintas variables de tipo eléctrico que se quiera. La pareja de programas con
la que cuenta la Universidad en este momento tiene un costo aproximado de los
US$2.000 anuales, aunque hoy por hoy la licencia que se tiene no es muy
aprovechada por los estudiantes para la elaboración de proyectos de grado.
Durante la formación como tecnólogo, el uso de programas destinados a brindar
soporte en el estudio y simulación de sistemas de potencia estuvo apoyado por
programas como lo son ETAP, NEPLAN y EMTP-RV. Luego de conocer las distintas
herramientas ofrecidas por cada uno de ellos es lógico evidenciar diferencias en
cuanto a su contenido y funcionamiento. Cada uno de los anteriores programas
mencionados ofrece dentro de sus librerías distintos modelos eléctricos así como lo
son generadores, transformadores, líneas de transmisión, impedancias, motores
sincrónicos y motores DC , cargas eléctricas (definidas por potencia), unidades de
potencia ininterrumpida(UPS), variadores de frecuencia, contactores, brakers, etc.
Se analizó y comparo algunos de estos elementos eléctricos evidenciando que el
software EMTP-RV actualmente no posee algún tipo de elemento eléctrico que se
asemeje a una UPS trifásica como si lo tienen distintos software para simulación de
sistemas eléctricos de potencia, es por ello que se vio la necesidad de implementar
en ETMP-RV un modelo eléctrico que represente el comportamiento típico de una
UPS Trifásica.
1
Teniendo en cuenta lo anterior el propósito del proyecto consistió en realizar el
modelo de una unidad de potencia ininterrumpida trifásica (UPS), de la manera más
reducida posible e implementarlo en la librería de elementos eléctricos de EMTPRV en donde actualmente dicho modelo no existe. Se elaboró a partir de la
construcción de un modelo programado que permita simbolizar el comportamiento
típico de estos equipos que en la actualidad se usan en todo tipo de lugares. Para
ello también fue necesario hacer uso de un software secundario como lo fue
MATLAB-SIMULINK, herramienta que permitió programar las condiciones y
comportamiento típico de una UPS trifásica y exportar el código como un “DLL”,
todo esto con base en las simulaciones y análisis previo en ETAP 16.0.0, para crear
el modelo que se esperaba; cabe hacer la aclaración que el software EMTP-RV
permite importar archivos con extensión “.dll” (Biblioteca de enlace dinámico)
creados en Simulink y trabajarlos directamente desde el propio software.
La construcción de un modelo de UPS permitirá tener una nueva herramienta de
uso para EMTP-RV. Se estima que el desarrollo de este modelo duro seis meses,
se quiere que esta iniciativa brinde una enseñanza para el manejo y estudio de este
software, que es muy práctico para el modelamiento y estudio de sistemas eléctricos
pero actualmente no es muy conocido y utilizado por los estudiantes de la
universidad.
1.2 Introducción
Aunque el sistema de distribución de energía pública es bastante confiable en la
mayoría de los países desarrollados, los estudios han demostrado que incluso los
mejores sistemas de transmisión y distribución son inadecuados para satisfacer las
necesidades en la demanda de energía eléctrica.
En países subdesarrollados como Colombia la energía suministrada por el OP
(operador de red) no es muy confiable para el usuario en ciudades como la costa
caribe, donde quien suministra la red local no otorga con confiabilidad el nivel de
tensión requerido para los residentes domiciliarios. Estos deben hacer uso de
unidades de alimentación ininterrumpida para la protección de sus
electrodomésticos y garantizar un buen sistema de energía en sus casas. La
mayoría de las organizaciones y empresas, cuando se enfrentan con la probabilidad
de tiempo de inactividad, y errores de procesamiento de datos causados por
perturbaciones en la fuente de alimentación, elijen implementar un sistema de
alimentación ininterrumpido (UPS) para asegurar la continua producción de su
maquinaria y protección de su base de datos.
La configuración de diseño en un sistema UPS varía según la necesidad, para ello
existen UPS de diferentes tipos y tamaños. Utilizadas para alimentar diversos
elementos industriales o electrónicos, como en maquinarias de producción con un
2
tiempo de alimentación de hasta más de una hora para mantener un trabajo
continuo de estas, aumentar sus años de uso y aumentar la producción; o los
utilizados en computadoras para proteger base de datos y proteger el equipo, con
un tiempo de alimentación de al menos quince minutos. Estos aspectos hacen que
una unidad de alimentación ininterrumpida (UPS) sea necesaria para mantener la
regularidad de tensión suministrada por la red y proteger los equipos y
electrodomésticos del usuario.
En el contenido de este documento se explicara y mostrara lo que fue la
construcción de un modelo que simule el comportamiento típico de una UPS, los
elementos y parámetros que son necesarios contemplar como base mínima para
elaborar un diseño de este tipo. Se realizó una simulación en ETAP 16.0.0 y otra en
EMTP-RV donde se pone a prueba cada uno de los elementos, es decir, el modelo
ofrecido por el primero de los mencionados y el modelo que fue creado.
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo General
Diseñar un modelo reducido de una unidad de potencia ininterrumpida trifásica
(UPS) para el software EMTP-RV que permita controlar la variable de salida frente
a un diferente tipo de entrada de tensión como operación normal de esta.
1.3.2 Objetivos Específicos
1. Extraer un modelo dinámico teniendo como base datos experimentales
obtenidos por otro tipo de software que ya implementan este tipo modelo de
UPS reducido.
2. Desarrollar una función de transferencia que permita simular correctamente
el comportamiento de una UPS trifásica, cuando esta tiene o no una entrada.
3. Analizar y comparar los resultados arrojados del modelo de UPS construido
en EMTP-RV con respecto a otros tipos de modelos ya establecidos en otro
software.
3
1.4 Justificación
El presente proyecto se justifica en la necesidad de crear y modelar elementos
eléctricos que hoy por hoy no se encuentran incluidos en programas para estudio
de sistemas de potencia, y que servirán como una nueva herramienta con la cual
se puede contar para distintos tipos de simulación y posterior análisis.
Se pretende diseñar e incorporar el modelo de una UPS Trifásica con el que
actualmente no cuenta el programa EMTP-RV y que puede dar solución al público
que requiera trabajar con elementos eléctricos de esta índole pero que se ven
limitados por no encontrar una herramienta de este tipo.
1.5 ¿Qué es una UPS?
Conocido por sus siglas en inglés como “Uninterrupted Power System” (UPS), un
sistema de alimentación ininterrumpida es un dispositivo electrónico que
proporciona una alternativa en cuanto a energía eléctrica de alimentación a
cualquier dispositivo que demande potencia, cuando hay fallas en la red.
Condicionando la alimentación de entrada para que las caídas y sobretensiones
demasiado comunes no dañen el equipo eléctrico sensible.
Sin embargo, una UPS solo puede suministrar energía para una cantidad limitada
de tiempo y este varía con respecto al tamaño o necesidad de los equipos que se
desee proteger.
Generalmente las UPS pequeñas utilizadas para proteger el hardware y la base de
datos como de una computadora pueden suministrar energía entre un tiempo de
15 a 20 minutos, las UPS medianas usadas para sistemas de emergencia e
iluminación pueden soportar el sistema durante 90 a 120 minutos y por ultimo las
UPS grandes se considera un periodo de tiempo más largo y particularmente son
utilizadas para equipos de proceso y alta potencia.
4
1.6 Partes de una UPS
Generalmente la UPS se compone de las siguientes partes.
1.6.1 Rectificador
Es un circuito eléctrico que tiene como objetivo dentro de su operación normal
transformar la corriente alterna de entrada (AC) a corriente continua (DC)
proporcionando así que las baterías de la UPS puedan ser cargadas y almacenar
energía.
Es un circuito de potencia de entrada que está compuesto por lo general de un
condensador de entrada, seguido de un circuito rectificador. Dado este tipo de
circuito con comportamiento no lineal, la entrada de corriente resultante termina
presentado muchos componentes armónicos de bajo orden.
1.6.2 Cargador o batería
Las baterías son claves para un sistema de alimentación ininterrumpida, su
funcionamiento se basa en respaldar la tensión de red de corriente alterna cuando
esta no se encuentra debido a perturbaciones o fallas del sistema y en el caso
contrario donde la tensión de red está presente las baterías deben estar fuera de
funcionamiento y cargada para cualquier situación.
Las baterías típicamente usadas en sistemas UPS son selladas de plomo acido
(SLA) y plomo regulado por válvula acida (VRLA). Este tipo de baterías están
herméticamente selladas, no requieren mantenimiento, proporcionan niveles altos
de corriente y operan de manera discontinua sin llegar al final de la descarga.
Estas baterías son de tipo estándar de 5 – 6 años de duración y las baterías de larga
duración de entre 10 – 12 años.
1.6.3 Inversor
Es un circuito eléctrico que tiene como objetivo dentro de su operación normal
transformar la corriente continua (DC) desde las baterías en corriente alterna (AC)
y de esta manera suministrar potencia a los dispositivos conectados aguas abajo
de la propia UPS.
1.6.4 Conmutador de dos posiciones (By-pass)
Es un selector o interruptor que permite conectar la salida directamente con la
entrada de la UPS, sin que intervenga ninguno de los componentes propios de la
unidad de potencia. Cuando la tensión de la red funciona normalmente y se requiere
intervenir la parte activa de la unidad es factible hacer uso de esta herramienta, es
decir, cerrar el by-pass haciendo la conexión directa entre la entrada y la salida de
manera que los componentes eléctricos de la unidad se puedan poner a disposición
de ser modificados o realizar un mantenimiento sin el riesgo de que la UPS se
5
encuentre energizada de la conectar la salida de la UPS con la salida del inversor
cuando hay ausencia de tensión; funcionando según sea la necesidad.
1.7 Tipos de UPS
Hoy por hoy el desarrollo de las tecnologías y la electrónica de potencia ha mostrado
distintos avances en cuanto a dispositivos destinados a suplir demanda de energía
eléctrica. Existen así diferentes tipos de UPS tales como off-line, line-interactive, online, double conversión, digital on-line, standby-ferro, doublé conversión on-line y
muchos otros. La mayoría de estos reciben su nombre debido a la tecnología
empleada en su diseño y a las necesidades del marketing.
Las diferentes configuraciones que puede tener una UPS fueron cambiando de
acuerdo a la necesidad y simplicidad de sus elementos, aunque hoy día no se usen
algunas de estas configuraciones basta mencionar algunos de los tipos de UPS más
generales; a continuación se explicaran 3 de los tipos más comunes.
1.7.1 Off-line o standby
Cuando la energía de la red local no presenta problemas en la entrada de la UPS la
salida es la misma. Esta trabajara como fuente ininterrumpida cuando no hay
entrada de voltaje y alimenta la carga a partir del inversor donde este a su vez se
alimenta de la batería para convertir la corriente continua en alterna, esta acción
generalmente toma unos pocos milisegundos.
Figura 1 UPS Off-line
Fuente: Guide Technical “Uninterrupted Power System” Legrand.
1.7.2 Line-interactive
Cuando la red de alimentación está en operación la entrada y la salida de la UPS
están separadas por un circuito de filtrado y estabilización llamado AVR (Regulador
de voltaje automático), donde los disturbios y variación de la forma de onda que se
presenta a la entrada se regulara un poco a la salida para proteger y aumentar la
6
vida útil de las cargas conectadas a la UPS. Al igual que el sistema Off-line cuando
hay ausencia de energía o perturbaciones en la red la salida está conectada a un
inversor que a su vez se alimenta por las baterías para operar sin interrupción
alguna. Debido a esto los sistemas line-interactive tienden a ser más caros que los
Off-line.
Figura 2 UPS Line-interactive
Fuente: Guide Technical “Uninterrupted Power System” Legrand.
1.7.3 On-line double conversión
Este tipo de sistema combina las dos básicas tecnologías de los modelos de UPS
descritos anteriormente. La entrada se rectifica convirtiendo la corriente en continua
y luego vuelve a convertirse en corriente alterna con un inversor para alimentar la
salida de la UPS. Como en los anteriores sistemas la transferencia de energía se
realiza de manera instantánea a medida que hay una interrupción. En el caso de
una sobrecarga u otros problemas eventuales este tipo de sistema tiene un Bypass
automático que asegura que la carga se alimente al cambiar directamente a la
entrada.
Figura 3 UPS On-line doublé conversion
Fuente: Guide Technical “Uninterrupted Power System” Legrand.
7
1.8 Modo de operación de una UPS
1.8.1 Modo de operación normal
El nivel de tensión que alimenta la entrada de la UPS esta entre lo permitido para
que el inversor y la batería no entre en funcionamiento, por lo tanto el voltaje de
entrada pasa por el filtro y energiza la carga a través del interruptor de transferencia
que se encuentra cerrado en este caso.
La corriente fluye desde la entrada hasta la carga y una pequeña cantidad de
corriente es rectificada por el cargador de baterías y utilizada para mantener las
baterías cargadas.
Figura 4 UPS en modo de operación normal
Fuente: Miguel Angel Estrada Vidales, electricasas, Funcionamiento de una ups off-line
1.8.2 Modo de operación con baterías
Cuando el nivel de tensión que alimenta la entrada de la UPS no está entre el rango
que suele ser más o menos del 15% del valor suministrado por el servidor regional
o cuando hay ausencia de tensión, la UPS entra en modo batería.
El control de la UPS regula la tensión de entrada y enciende el inversor, al mismo
tiempo que el interruptor de transferencia cambia de posición para tomar el camino
donde está conectada la batería y energizar la carga.
Figura 5 UPS modo de operación con baterías
Fuente: Miguel Angel Estrada Vidales, electricasas, Funcionamiento de una ups off-line
8
1.8.3 Modo de operación con double conversion
Es el modo de operación más común y utilizada hoy en día. Se basa principalmente
en los elementos eléctricos que se han descrito anteriormente; en la entrada del
sistema consta de un rectificador que tiene por objetivo transformar la corriente
alterna (AC) a corriente continua (DC), posteriormente a la salida de la UPS se
encuentra un inversor que cumple la función de tomar esa señal DC constante
proveniente del rectificador y las baterías y convertirla nuevamente en una señal de
tensión alterna. Este tipo de UPS incluyen una herramienta llamada By-pass, el cual
es un interruptor encargado de cerrar o abrir según sea la necesidad para conectar
la entrada con la salida de manera que se asegure que la carga se alimente
directamente de la entrada de la red.
Figura 6 Funcionamiento de una ups doublé conversión
Fuente: Rafael Álvarez, Irecyl.
9
CAPITULO 2
Para llegar a visualizar de alguna manera el comportamiento de una UPS trifásica
al menos mediante simulación, se realizó una observación del modelo que ETAP
16.0.0 ofrece dentro de sus librerías y se analizó cuáles son los parámetros
principales que se deben tener en cuenta para la elaboración de un bloque de estas
características. El bloque UPS (Sistema de Alimentación Ininterrumpida) que ofrece
el software ETAP 16.0.0 consta de tres terminales; dos de ellos son AC (uno de
entrada y uno de salida) y el otro es DC (entrada). Cada uno de los terminales
descritos anteriormente debe ser conectado al bus que le corresponda según su
naturaleza. El menú editor que ofrece el bloque UPS cuenta con varias pestañas en
las cuales se consignan por ejemplo los datos de identificación y valores nominales
de la Unidad, a continuación se enuncian cada una de las pestañas y se hace una
descripción del contenido en cada una de ellas.
2.1 Estudio del modelo de UPS en ETAP 16.0.0
 Rating Page
 Loading Page
 Short-Circuit Impedance Page
 Comment Page
Figura 7 Menú editor del bloque UPS ETAP 16.0.0
Fuente: Ayuda ETAP 16.0.0
10
2.1.1 Info page.







ID: Se debe asignar un nombre a la UPS. ETAP 16.0.0 lo hace
automáticamente a partir de la palabra UPS y un número que empieza en 1
y continúa a medida que aumenta el número de unidades que se tengan.
In Bus, Out Bus y DC Bus: Cada uno de los terminales que previamente se
han descrito debe ir conectados a un bus según corresponda.
Adicionalmente el programa mostrara los buses disponibles y el nivel de
tensión de cada uno de ellos.
Condition: La condición de funcionamiento establece si la UPS se encuentra
en servicio o fuera de servicio.
Configuration: Se puede seleccionar el estado de operación de la UPS de
tres maneras; Estado continuo, estado intermitente o estado de repuesto.
Equipment: En este apartado se puede ingresar una etiqueta que indique el
alimentador de la unidad, el nombre y una descripción del equipo.
Adicionalmente se puede seleccionar la prioridad de la carga que está
conectada en la salida AC de la UPS, hay 10 prioridades diferentes que se
pueden seleccionar en esta opción.
AC Connection: Se enuncia el número de fases para la entrada AC de la
UPS, en el caso de la versión 16.0.0 se establecen 3 fases.
Demand Factor: Es posible modificar los factores de demanda para cada
uno de los estados (continuo, intermitente, de repuesto) digitando en el
espacio que está habilitado.
2.1.2 Rating page.
2.1.2.1 AC Rating
 kW: Ingrese el valor nominal de la potencia activa de salida, puede ser
expresado en kW o MW. ETAP limita la entrada de kW / MW de tal forma que
el factor de potencia no puede exceder el 100% o estar por debajo del 1%.
𝑃 = 𝑆 ∗ 𝐹𝑃
Ecuación 1


kVA: Ingrese el valor nominal de la potencia aparente de salida, puede ser
expresado en kVA o MVA. Cuando se modifica este valor de kVA, se
recalculan los kW nominales y las corrientes de entrada y salida de la UPS.
% EFF: Ingrese la eficiencia nominal de la UPS en porcentaje. Cuando se
modifica la eficiencia, se vuelve a calcular la corriente de entrada AC. La
eficiencia no puede exceder el 100% o estar por debajo del 10%. Por defecto
se fija en un valor de 90%.
11

% PF: Ingrese el factor de potencia nominal de la potencia de salida de la
UPS. Cuando se modifica el factor de potencia, se recalcula el kW nominal.
El factor de potencia no puede exceder el 100%. Por defecto se fija en un
valor de 85%.
2.1.2.2 Output
 kV: En este espacio se ingresa la tensión nominal de salida AC de la UPS
en kV. La corriente nominal de salida se calcula en función de este valor.
 FLA: Aquí se muestra el valor de la corriente nominal de salida de la UPS
en amperios, calculada de la siguiente manera:
𝐼𝐿"𝑜𝑢𝑡" =
𝑃3∅
√3∗𝑉𝐿 ∗cos 𝜃
Ecuación 2
𝐼𝐿"𝑜𝑢𝑡" =
𝑆3∅
√3∗𝑉𝐿
Ecuación 3
2.1.2.3 Input
 kV: En este espacio se ingresa la tensión nominal de entrada AC de la UPS
en kV. La corriente nominal de entrada se calcula en función de este valor.
 FLA: Aquí se muestra el valor de la corriente nominal de entrada de la UPS
en amperios, calculada de la siguiente manera:
𝐼𝐿"𝑖𝑛" =
𝑃3∅
√3 ∗ 𝑉𝐿 ∗ cos 𝜃 ∗ 𝐸𝐹𝐹
Ecuación 4
𝐼𝐿"𝑖𝑛" =
𝑆3∅
√3 ∗ 𝑉𝐿 ∗ 𝐸𝐹𝐹
Ecuación 5
12
2.1.2.4 DC Rating
 V: Aquí se define la entrada en voltios DC de la UPS, luego la corriente de
carga se calcula con base a este valor.
 FLA: Es la corriente de carga en DC, medida en amperios, así:
𝐼𝐷𝐶 =
𝑃3∅
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠
∗ (1 +
)
𝑉𝐷𝐶
100
Ecuación 6

Bypass Swith Status: Cuando el Bypass es seleccionado en la posición de
cerrado, la UPS no entra en operación y en cambio deja pasar la entrada AC
y la conecta directamente con la salida, es decir, el segundo terminal AC.
Figura 8 Menú editor Rating Page
Fuente: Ayuda ETAP 16.0.0
13
2.1.3 Loading page.
En este apartado se especifica la carga de salida porcentual de la UPS en todas
sus categorías de carga. La carga de entrada en kW y kVA de la UPS se calculan
en función del factor de potencia como se muestra a continuación.
𝑘𝑉𝐴 =
𝑘𝑊
𝐹𝑃
Ecuación 7
𝑘𝑊 = 𝑘𝑉𝐴 ∗ 𝐹𝑃
Ecuación 8
UPS Load Based on: Se especifica un parámetro de operación de la UPS, se usa
para asignar un porcentaje de carga a cada una de los diez escenarios de carga, es
decir, cada UPS puede configurarse para tener un nivel de carga de funcionamiento
diferente. Para editar los porcentajes de carga, se puede ingresar el valor en los
campos de la columna marcada con el %.
Figura 9 Menú editor Loading Page
Fuente: Ayuda ETAP 16.0.0
14
2.1.4 Short-Circuit impedance page.
Dentro de esta página del editor, se especifican los valores porcentuales de
multiplicación para cortocircuito en AC y DC.
2.1.4.1 SC Contribution to AC System
 Kac: En este recuadro se ingresa el porcentaje de multiplicación para
calcular la corriente de cortocircuito en el lado de salida de la UPS. Su valor
por defecto es del 150%.
 Isc: Aquí se muestra el valor calculado de la corriente de cortocircuito en el
lado de salida de la UPS, expresado en amperios. Calculado de la siguiente
manera:
𝐼𝑠𝑐 = 𝐼𝐿"𝑜𝑢𝑡" ∗ 𝑘𝑎𝑐
Ecuación 9
2.1.4.2 SC Contribution to DC System
 Kdc: En este recuadro se ingresa el porcentaje de multiplicación para
calcular la corriente de cortocircuito de la UPS cuando se hacen estudios en
DC. Su valor por defecto es del 150%.
 Isc: Aquí se muestra el valor calculado de la corriente de cortocircuito en el
lado de salida de la UPS, expresado en amperios. Calculado de la siguiente
manera:
𝐼𝑠𝑐 = 𝐼𝐷𝐶 ∗ 𝑘𝑑𝑐
Ecuación 10
Figura 10 Menú editor SC Imp Page
Fuente: Ayuda ETAP 16.0.0
15
2.2 Simulación realizada en ETAP 16.0.0 con UPS trifásica.
Para entender y ver cómo funciona una UPS trifásica a manera de simulación se
crear todo un sistema de potencia en el cual se pueda poner a prueba cada uno de
los parámetros y configuraciones que ofrece una unidad de potencia como estas, a
continuación se presenta un ejemplo y se describen sus componentes:
Figura 11 Simulación de un sistema de potencia incluyendo una UPS Trifásica
Fuente: ETAP 16.0.0
En la Fig.11 es muy sencillo apreciar cuales son los equipos eléctricos que
componen el sistema de potencia, de izquierda a derecha podemos apreciar que la
simulación consta de 4 elementos principales como lo son; un equivalente de red
de 11kV, un transformador trifásico de 500kVA, una UPS Trifásica de 110kVA y una
carga estática de 100kVA.
Veremos en detalle cuales son los valores nominales de cada uno de estos 4
elementos, es decir, los parámetros que fueron establecidos para realizar la
simulación.
16
2.2.1 Equivalente de RED
Consta principalmente de una característica;

Tensión Nominal: 11,4kV.
Figura 12 Editor del Equivalente de RED 11.4kV
Fuente: ETAP 16.0.0
17
2.2.2 Transformador
Sus valores nominales son los siguientes:





Potencia Aparente Nominal: 500kVA.
Tensión Nominal En El Primario: 11,4kV.
Corriente Nominal En El Primario: 25.32A.
Tensión Nominal En El Secundario: 208V.
Corriente Nominal En El Secundario: 1387,86A.
Figura 13 Editor del Transformador 500kVA
Fuente: ETAP 16.0.0
18
2.2.3 UPS trifásica
Los valores que se configuraron a manera de ejemplo son los siguientes:








Potencia Activa Nominal: 99kW.
Potencia Aparente Nominal: 110kVA.
Tensión De Entrada Nominal: 208V.
Corriente De Entrada Nominal: 339,3A.
Tensión De Salida Nominal: 208V.
Corriente De Salida Nominal: 305,3A.
Factor De Potencia: 90%
Eficiencia: 90%
Figura 14 Editor de la UPS Trifásica
Fuente: ETAP 16.0.0
19
2.2.4 Carga estática
Se configuran los parámetros de una carga de la siguiente manera:






Tensión Nominal: 208V.
Corriente Nominal: 277,57A.
Potencia Aparente Nominal: 100kVA.
Potencia Activa Nominal: 90kW.
Potencia Reactiva Nominal: 43.59kVAR.
Factor De Potencia: 90%
Figura 15 Editor de la Carga Estática
Fuente: ETAP 16.0.0
20
CAPITULO 3
3.1 Modelo reducido de UPS trifásica
Se buscó realizar un modelo de UPS trifásica lo más reducido posible que trabajara
en estado estable con una única entrada y una salida, teniendo como referente de
comparación el modelo de UPS que presenta el software ETAP 16.0.0.
Figura 16 Modelo de UPS trifásica en EMTP-RV
Fuente: EMTP-RV.
Para llegar a un modelo como el que se presenta en la fig.16 primero se trabajó con
el bloque ejemplar de UPS de ETAP16.0.0, se observó el comportamiento que
presentaba frente a distintas variables de entrada y salida, se realizó el registro de
una serie de datos los cuales se presentan en la tabla número 1; esta tabla consolida
la información obtenida luego de realizar la simulación del sistema de potencia en
ETAP 16.0.0 y variar algunos parámetros de entrada en la unidad de potencia.
Se fijó el valor del nivel de tensión de salida de la UPS mientras el valor del nivel de
tensión de entrada variaba, se registraron los datos en Voltios y el % de cada uno
de los buses o nodos a los cuales está conectada la UPS. Adicionalmente también
se registró el valor del Bus 1 en voltios y en %, que para nuestro ejemplo representa
la entrada en media tensión del sistema.
21
Simulación del sistema de potencia en ETAP 16.0.0
Comportamiento de la UPS variando la tensión a la entrada
UPS Trifásica de 110 [kVA] - 208 [V]
Input System (BUS 1)
Input UPS (BUS 2)
Output UPS (BUS 3)
Nivel de tensión L-L [V]
% Nivel de tensión L-L [V]
% Nivel de tensión L-L [V]
11.400
100
206
99,23
208
11.172
98
202
97,21
208
10.944
96
198
95,19
208
10.716
94
194
93,18
208
10.488
92
190
91,16
208
10.260
90
185
89,14
208
9.120
80
164
79,03
208
7.980
70
143
68,88
208
6.840
60
122
58,69
208
5.700
50
101
48,41
208
4.560
40
79
37,96
208
3.420
30
56
27,13
208
2.280
20
30
14,46
208
2.166
19
26
12,56
208
%
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Estado
Tabla 1 Pruebas de tensión de entrada y salida en ETAP 16.0.0
Como se aprecia en la Tabla 1 se tienen 3 columnas principales en las cuales se
muestra el valor registrado del nivel de tensión y el porcentaje en cada uno de los
buses o nodos representados en el sistema de potencia durante la variación de la
entrada principal (Bus 1 de media tensión). Adicional a esto también existe una
columna que muestra un color diferente dependiendo del estado en que se
encuentre la UPS; el color negro representa el estado normal de carga de la unidad,
el color rosado es una alerta de sobrecarga de la unidad y por último el color rojo da
a entender que la UPS se encuentra en sobrecarga.
Los valores obtenidos dan cuenta de cómo es el comportamiento entrada-salida de
una UPS, sin importar que el nivel de tensión a la entrada no sea el valor nominal
propio de la unidad a la salida siempre se obtendrá el valor esperado de tal manera
que pueda seguir supliendo a las cargas que se encuentren conectadas aguas abajo
de la misma.
A partir del comportamiento y análisis presentado por la unidad de potencia del
software ETAP 16.0.0 que fue sometida a estas condiciones, se trabajó en la
programación de un modelo con diferentes variables de tipo eléctrico que cumpliese
las mismas condiciones de operación pero construido desde EMTP-RV.
22
3.2 Pasos para construcción de la UPS en EMTP-RV
3.2.1 Diseño del subsistema
Usando MATLAB-Simulink se programó el comportamiento de las variables que
actúan en la UPS, usando un subsistema por medio de la librería de Simulink se
crean cuatro entradas, cuatro constantes y tres salidas.
Figura 17 Subsistema programado mediante el software MATLAB-Simulink
Fuente: MATLAB-Simlunk.
3.2.1.1 Entradas
 Vups (Tensión batería)
 Vin (Tensión de entrada)
 P (Potencia activa)
 Q (Potencia reactiva)
23
3.2.1.2 Constantes
 FP (Factor de potencia)
 By (Bypass)
 Condición
 S_VA (Potencia aparente)
3.2.1.3 Salidas
 O (Bypass)
 S (Servicio)
 R (Alerta)
3.2.2 Programación del subsistema
El subsistema creado en Simulink permite programar las variables dispuestas en
MATLAB, en este caso para cumplir el comportamiento de la UPS teniendo en
cuenta el análisis y datos tomados del modelo de ETAP.
Al generar un clic el subsistema se abre una ventana emergente de MATLAB, donde
permite en primer lugar crear la función de las salidas a utilizar con sus respectivas
variables.
𝒇𝒖𝒏𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏 [𝑂, 𝑆, 𝑅] = 𝑓𝑐𝑛 (𝑉𝑢𝑝𝑠, 𝑉𝑖𝑛, 𝑃, 𝑄, 𝐹𝑃, 𝐵𝑦, 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛, 𝑆_𝑉𝐴)
Después se realiza las operaciones necesarias para condicionar algunas variables
como FP (Factor de potencia) y S_VA (Potencia aparente). Para ello se crean dos
variables más como el FP_carga y S_carga que salen del siguiente calculo.
𝑄
𝐹𝑃_𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 𝐶𝑜𝑠 (atan( ))
𝑃
Ecuación 11
𝑆_𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 =
𝑃
𝐹𝑃_𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
Ecuación 12
24
Se realizan cinco condiciones para las tres salidas O (Bypass), S (Servicio) y R
(Alerta).
Figura 18 Condiciones del subsistema en MATLAB
Fuente: MATLAB.
La función “rms” se utiliza para tomar valores pico de las entradas tomadas del
subsistema, debido a que esos valores son sinusoidales y se necesita compararlo
solamente con un valor máximo para que la condición se cumpla.
Por último se debió realizar unas condiciones finales que son necesarias para
cuando no se cumple las condiciones iniciales la salida tome el valor que uno desea.
𝑂=2
Ecuación 13
𝑆=2
Ecuación 14
𝑅=1
Ecuación 15
MATLAB-Simulink nos permitió realizar las condiciones de operación de la UPS
trifásica trabajando en estado estable, para unirlo a los elementos utilizados en
EMTP-RV y así cumplir con el objetivo propuesto.
25
El subsistema creado en MATLAB-Simulink permite transferirse a EMTP-RV a partir
de una serie de pasos que son explicados detalladamente en los ANEXOS.
MATLAB-Simulink fue utilizado para realizar las condiciones de trabajo de la UPS
trifásica debido al conocimiento y facilidad del software para programar.
3.2.3 Diseño de UPS en EMTP-RV
Teniendo el modelo programado desarrollado en Simulink-MATLAB y transferido a
EMTP-RV conectamos sus correspondientes entradas y salidas.
3.2.3.1 Entradas
Las señales de entrada permiten cumplir los parámetros programados en el
subsistema anteriormente nombrado.




Vups: Señal de tensión fuente AC2 que en nuestro caso funciona como la
batería.
Vin: Señal de tensión del bus 2.
P: Señal de potencia activa carga.
Q: Señal de potencia reactiva carga.
3.2.3.2 Salidas
Las señales de salida se combinan con la batería (fuente AC) para cumplir con su
funcionamiento normal, para ello se usan interruptores trifásicos que actúan según
la señal de llegada.



Bypass: Permite realizar la acción de Bypass de la UPS, es decir trabajar de
manera directa con la red o trabajar con la UPS.
Servicio: Permite poner o no en funcionamiento la UPS.
Alerta: Muestra una señal de advertencia cuando la UPS está trabajando en
condiciones extremas.
26
Figura 19 Esquema de UPS en EMTP-RV
Fuente: EMTP-RV.
Para tomar las señales de entrada se usan dos medidores trifásicos de tensión y
uno de potencia (activa y aparente), con el subsistema se compara las cuatro
entradas para obtener las tres salidas según el caso. Estas salidas son 1 o 0 debido
a que para desactivar los interruptores trifásicos le debe llegar una señal mayor a 0
(>0) y para activar una menor o igual a 0 (<=0), con esto se logra que la salida del
bus 2 se conecte con la carga del sistema. Para que en este nodo no allá un
cortocircuito se conecta una carga RLC pequeña para que no afecte mucho la
salida.
27
3.3Elementos usados para la construcción del modelo de UPS trifásica
3.3.1 Voltage v (t), 3-phase
Es una sonda que permite medir la tensión instantánea en cada una de las tres
fases, donde cualquiera de sus tres salidas se conecta a un dispositivo de control
como el usado en el modelo “page con signal” para captar las señales o visualizar
y enviarlas al modelo programado en Simulink MATLAB.
Figura 20 Voltage v (t) 3-phase del software EMTP-RV
Fuente: Iconos de EMTP-RV.
3.3.2 Control signal scope
Es una sonda de medición de onda para la simulación en el dominio del tiempo.
Esta se guarda en un archivo de trazado y se puede visualizar cada vez que el
programa se ejecuta. Son utilizados para visualizar la tensión del bus 3, la tensión
de la batería del modelo y una de las salidas del modelo programado “Alerta”.
Figura 21 Control signal scope del software EMTP-RV
Fuente: Iconos de EMTP-RV.
28
3.3.3 Power P (t), 3-phase
Es una sonda que permite medir y visualizar el valor de potencia activa de la carga
RLC en las tres fases.
Figura 22 Power P (t) 3-phase del software EMTP-RV
Fuente: Iconos de EMTP-RV.
3.3.4 Power Q (t), 3-phase
Es una sonda que permite medir y visualizar el valor de potencia reactiva de la carga
RLC en las tres fases.
Figura 23 Power Q (t) 3-phase del software EMTP-RV
Fuente: Iconos de EMTP-RV.
3.3.5 Controlled 3-phase breaker
Es un interruptor trifásico controlado por una señal de control, cuando la señal es
mayor a cero (> 0) el interruptor no se cierra y cuando la señal es menor o igual a
cero (≤ 0) el interruptor se cierra.
Figura 24 Controlled 3-phase breaker del software EMTP-RV
Fuente: Iconos de EMTP-RV.
29
3.3.6 Page con signal
Es un dispositivo que permite leer datos como las señales de tensión de entrada de
la red y la batería, potencia activa y reactiva para ser usadas en el modelo
programado.
Figura 25 Page con signal del software EMTP-RV
Fuente: Iconos de EMTP-RV.
3.3.7 RLC
Es una carga RLC que acepta señales monofásicas y trifásicas, sus valores de
resistencia, inductancia y capacitancia se pueden modificar según lo requiera. Se
utilizó en el modelo una carga puramente resistiva conectada entre la entrada de la
UPS y la batería, esta conexión se realizó para que la señal de salida de la UPS no
se viera afectada en el momento de tener una entrada a un nivel de tensión diferente
que el de la salida.
Figura 26 Carga RLC del software EMTP-RV
Fuente: Iconos de EMTP-RV.
30
3.3.8 F(u)
Es un dispositivo que aplica la función de compuertas lógicas, matemáticas y
trigonométricas, su cantidad de entradas son arbitrarias al usuario. En el modelo
usado para la construcción de la UPS trifásica se utilizó una compuerta lógica
negadora “NOT”, para negar una señal saliente del modelo programado y utilizarla
para que activara un interruptor trifásico.
Figura 27 F (u) del software EMTP-RV
Fuente: Iconos de EMTP-RV.
3.3.9 Simulink DLL
Es una librería que permite transferir modelos diseñados en Simulink MATLAB a
EMTP – RV. Se utilizó en el proyecto para realizar un modelo programado y cumplir
con condiciones estipuladas para el funcionamiento de la UPS trifásica.
Figura 28 Simulink DLL del software EMTP-RV
Fuente: Iconos de EMTP-RV.
31
3.3.10 AC voltaje source (3-phase)
Es una fuente de tensión AC donde sus parámetros de frecuencia, tensión, ángulo
de desfase, tiempo de inicio y final de simulación se pueden modificar para sus tres
fases. Para el modelo de UPS usamos una fuente que simula la batería de la UPS.
Figura 29 AC Voltaje source 3-phase del software EMTP-RV
Fuente: Iconos de EMTP-RV.
3.3.11 Subcircuit
Es una opción de EMTP-RV que permite crear un bloque para simplificar un circuito
y dejarlo visualmente mejor presentado, como el modelo de UPS trifásica realizado.
Figura 30 AC Voltaje source 3-phase del software EMTP-RV
Fuente: Iconos de EMTP-RV.
32
CAPITULO 4
4.1 Simulación realizada en EMTP-RV con UPS Trifásica.
Para comprobar el funcionamiento del modelo de UPS trifásica construida en EMTPRV iniciamos realizando la simulación de un sistema de potencia similar al que se
efectuó y colocó en funcionamiento en ETAP 16.0.0. Se utilizaron los mismos
parámetros y configuraciones debido a la similitud de los dos software para el
desarrollo de estos sistemas.
Figura 31 Simulación de un sistema de potencia incluyendo una UPS Trifásica en EMTP-RV
Fuente: EMTP-RV.
En la Fig. 31 se puede apreciar los equipos eléctricos que compone el sistema de
potencia, de izquierda a derecha podemos apreciar que la simulación consta de 4
elementos principales como lo son; una fuente trifásica que asimila a un equivalente
de red, un transformador trifásico, una UPS Trifásica y una carga RLC trifásica.
A continuación veremos en detalle cuales son los valores nominales de cada uno
de estos 4 elementos, es decir, los parámetros que fueron establecidos para realizar
la simulación.
33
4.1.1 Fuente trifásica
Los parámetros más característicos para la fuente trifásica que ofrece el software
EMTP-RV y los cuales se utilizaron durante la simulación realizada, son los que se
presentan a continuación y que se muestran en la Fig 32.





Tensión Nominal: 11,4kV.
Frecuencia Nominal: 60Hz
Angulo: Fase A 0°, Fase B -120°, Fase C 120°
Secuencia (+)
Tiempo de simulación: 2s.
Figura 32 Editor de la Fuente trifásica 11.4kV
Fuente: EMTP-RV.
34
4.1.2 Transformador trifásico
Es un transformador en conexión DY1+30° y sus valores nominales son los
siguientes:






Potencia Aparente Nominal: 0,5MVA.
Frecuencia Nominal: 60Hz
Tensión Nominal En El Primario: 11,4kV.
Tensión Nominal En El Secundario: 0,208kV.
Resistencia: 0.00375pu
Reactancia: 0.15pu
Figura 33 Editor del Transformador trifásico DY +30°
Fuente: EMTP-RV.
35
4.1.3 UPS Trifásica
Los valores que se configuraron a manera de ejemplo son los siguientes:




Potencia Aparente Nominal: 100kVA.
Tensión De Entrada Nominal: 208V.
Tensión De Salida Nominal: 208V.
Factor De Potencia: 0.9
En el menú ofrecido en este bloque se puede modificar el valor del factor de
potencia y la potencia aparente de la propia UPS, incluida también la
herramienta para realizar el By-pass (0 para abrir el By-pass y 1 para cerrar
el By-pass) y la condición de operación de la unidad (1 en servicio o 0 fuera
de servicio).
Para modificar el valor en la señal de tensión y la frecuencia de la UPS es
necesario realizarlo desde los parámetros de la fuente interna (AC2) que
posee el modelo; allí es donde es posible editar estos dos parámetros que
resultan ser parte del conjunto de los más importantes.
Figura 34 Editor de la UPS Trifásica
Fuente: EMTP-RV.
36
4.1.4 Carga RLC trifásica
Se configuran los parámetros de una carga de la siguiente manera:





Tensión Nominal: 0,208kV.
Potencia Aparente Nominal: 100kVA.
Potencia Activa Nominal: 90kW.
Potencia Reactiva Nominal: 43.59kVAR.
Factor De Potencia: 0.9
Figura 35 Editor de la Carga RLC trifásica
Fuente: EMTP-RV.
37
4.2 Simulación UPS trifásica con By-pass ON
En el momento de trabajar la UPS trifásica en modo By-pass ON (encendido) la
tensión de entrada de la unidad de potencia será igual a la tensión de salida, debido
a que en estas condiciones cuando el By-pass permanece cerrado la UPS no entra
en funcionamiento, es decir, la onda de tensión no es regulada y la carga conectada
aguas abajo de unidad de potencia se alimenta directamente desde la entrada de la
propia unidad; para el ejemplo que se efectuó durante la simulación la carga trifásica
pasa directamente a estar conectada al BUS 2.
4.3 Simulación UPS trifásica con By-pass OFF
Cuando la UPS se encuentra en el modo de operación By-pass OFF, la propia
unidad de potencia regula la onda de tensión de entrada independientemente de
que tan bajo sea el valor o si este es igual a 0 [V]. La unidad de potencia trabajará
en condiciones normales si la tensión de entrada está por encima del 50% del valor
nominal; si este valor se encuentra por debajo del 50% del nominal, la UPS regulará
de igual forma la onda de tensión de entrada pero enviará una alerta de que está
trabajando por debajo de su límite de operación normal.
4.4 Simulación UPS trifásica en condición de servicio
El modelo que fue programado ofrece la herramienta de colocar o no la UPS en
operación, basta con digitar un valor de 1 o 0 dentro de los parámetros de
configuración de la misma. Cuando dicho valor se encuentre en 1 la unidad opera
tomando en cuenta las demás condiciones que se pueden configurar; de lo
contrario si el valor es 0 la UPS entra en estado de “fuera de servicio” y las cargas
asociadas aguas abajo de la misma también lo harán.
Simulación del sistema de potencia en EMTP-RV
Comportamiento de la UPS variando la tensión a la entrada
UPS Trifásica de 110 [kVA] - 208 [V]
Input System (BUS 1)
Input UPS (BUS 2)
Output UPS (BUS 3)
Nivel de tensión L-L [V]
% Nivel de tensión L-L [V]
% Nivel de tensión L-L [V]
11.400
100
208
100
208
10.260
90
186,2
89,5
208
9.120
80
165,4
79,52
208
7.980
70
144,6
69,51
208
6.840
60
124,1
59,66
208
5.700
50
103,3
49,66
208
4.560
40
82,2
39,52
208
%
100
100
100
100
100
100
100
Tabla 2. Pruebas de tensión de entrada y salida en EMTP-RV en modo normal de servicio.
38
4.5 Cuadro comparativo entre los dos tipos de modelo de UPS trifásica
A continuación se ilustra un cuadro comparativo entre el modelo de UPS trifásica ya
existente del software ETAP 16.0.0 y el modelo de UPS trifásica desarrollado en
este proyecto en el software EMTP-RV.
Cuadro Comparativo UPS Trifásica ETAP 16.0.0 y UPS Trifásica EMTP-RV
Componente
UPS trifásica ETAP 16.0.0
UPS trifásica EMTP-RV
By-pass
Servicio
El control de By-pass se realiza
activando o desactivando un
interruptor que conecta la salida del
Bus2 con la carga trifásica, siendo
visible.
El control de By-pass se realiza por
medio de una señal que estipule el
usuario del modelo programado de
MATLAB (1 para cerrar By-pass y 0 para
abrir By-pass), conectando directamente
la salida del Bus2 con la carga trifásica
sin visualizarse.
Al igual que el By-pass su control se
El control de servicio se realiza
hace por medio de una señal estipulada
activando o desactivando el modo de por el usuario del modelo programado de
operar la UPS.
MATLAB (1 en servicio la UPS y 0 fuera
de servicio la UPS).
Alerta
Cuando la UPS opera en condiciones
extremas el modo de alerta para
visualización del usuario es por medio
de colores.
Cuando la UPS trabaja en condiciones
extremas el modelo arroja una señal
constante indicando la alerta, que se
puede visualizar con un osciloscopio.
Batería
La batería se compone de una fuente
DC con su respectivo inversor y no
hace parte del modelo de UPS, para
ello la UPS tiene una entrada externa
para conectar dicha batería.
El trabajo de batería e inversor en este
modelo lo hace una fuente AC y al
contrario del modelo en ETAP esta si
hace parte de la UPS.
Modelo
El modelo consta de dos entradas y
una única salida.
El modelo desarrollado consta de una
entrada y una única salida.
Interfaz
La interfaz en cuanto al modelo de
UPS trifásica es más compleja y
agradable para la vista del usuario,
puesto que tiene demasiadas
variables para modificar.
En cuanto al modelo de UPS trifásica es
una interfaz muy sencilla, donde a partir
del modelo realizado en MATLAB se
puede modificar cuatro variables (Bypass, Servicio, Factor de potencia,
Potencia aparente).
Simulación
EMTP-RV consta de dos programas
EMTPWorks que sirve para modelar y
En ETAP 16.0.0 al momento de
ScopeView que se usa para simular. Al
simular el modelo general solo se
momento de correr el modelo general se
puede visualizar valores contantes de
puede visualizar la forma de onda de la
la tensión de entrada y salida de la
tensión de entrada y salida de la UPS
UPS trifásica y su flujo de potencia.
trifásica y su correspondiente flujo de
potencia.
Tabla 3. Cuadro comparativo UPS trifásica ETAP 16.0.0 y UPS trifásica EMTP-RV
39
ANEXOS
1.1 ¿Qué es EMTP – RV?
EMTP – RV sus siglas en ingles significan (Electro-Magnetic Transient Program)
especializado en la simulación y modelado de sistemas eléctricos. Es el software de
análisis transitorio más avanzado técnicamente para la simulación y análisis de
transitorios, también tiene una variedad de librerías donde se pueden analizar una
amplia cantidad de variables eléctricas.
Este software costa de dos programas uno es EMTPWorks una interfaz que ofrece
muchas opciones personalizadas y creación de modelos donde el usuario puede
adaptarlos para su necesidades únicas.
Figura 36 Icono del software EMTPWorks
Fuente: EMTP-RV.
El otro programa es ScopeView una herramienta adaptada para la visualización,
procesamiento matemático y análisis de resultados de la simulación.
Figura 37 Icono del software ScopeView
Fuente: ScopeView.
40
1.2 Ventajas
 El software EMTP-RV contiene una amplia documentación de ayuda online
que proporciona en cada uno de los dispositivos que se encuentran en la
biblioteca, donde explica una breve descripción de la operación del
dispositivo a trabajar, ecuaciones que aplica en su operación y parámetros
que son necesarios alimentar para el correcto funcionamiento del dispositivo
en el software.
 Su interfaz gráfica es agradable y fácil de interactuar para trabajos de
competitividad, ya que su aplicación es ordenada, cuenta con una amplia
variedad de herramientas de trabajo ajustadas a la necesidad del usuario, se
puede asignar nombres a los conductores y utilizarlos donde sea necesario
sin tener la necesidad de siempre ver la conexión física entre dispositivos, es
ajustable para controlar los parámetros de los resultados y tiene la opción de
construir subcircuitos.
A continuación se desarrollara una explicación frente al software en el que se está
trabajando EMTP-RV detallando la caja de herramientas, las librerías, opciones de
simulación y la elaboración de subcircuitos como ejemplo de lo realizado en el
proyecto.
1.3 Iniciando el programa
Se inicia ejecutando el programa EMTPWorks, donde se abre una ventana que tiene
como título “Welcome to EMTPWorks!”, allí se muestra las diferentes opciones para
desarrollar un archivo.
Figura 38 Opciones que brinda la ventana de inicio de EMTP-RV
Fuente: EMTP-RV.
41
Esta serie de opciones brinda la posibilidad de pedir ayuda al soporte del programa,
donde desplegara una cantidad de documentos para usar como guía respecto a
cualquier inquietud. También permite imprimir, guardar, cargar, cerrar archivos y la
más común crear un nuevo documento.
1.4 Barra de herramientas
Al generar un nuevo documento, se abre una ventana de trabajo que cuenta con
una serie de opciones para el diseño de su archivo.
La opción home brinda una amplia variedad de propiedades para realizar un diseño
específico. En la Fig. 38 se observa los iconos con su respectivo nombre.
Los más utilizados son guardar, copiar, propiedades, seleccionar todo:
Figura 39 Barra de herramientas de trabajo
Fuente: EMTP-RV.
El icono Opciones permite exportar e importar plantillas de modelos de un mismo o
diferente programa con el mismo formato, crear subcircuitos de manera de bloques,
visualizar las librerías que posee el software, entre otras opciones.
Figura 40 Barra de herramientas de opciones
Fuente: EMTP-RV.
42
La opción View ofrece una variedad de propiedades para la visualización del diseño
que estés trabajando.
Figura 41 Barra de herramientas de vista EMTPWorks
Fuente: EMTP-RV.
La opción Design permite dar parámetros para la elaboración de cualquier diseño a
manejar.
Figura 42 Barra de herramientas de diseño EMTPWorks
Fuente: EMTP-RV.
Por último la opción Simulate corre la simulación en tiempo real con la ayuda del
otro software de EMTP-RV “ScopeView”.
Figura 43 Barra de herramientas de simulación EMTPWorks
Fuente: EMTP-RV.
43
1.5 Bibliotecas incorporadas
EMTPWorks consta de una amplia variedad de dispositivos principales y
enmascarados, donde este último se basa en la creación de subcircuitos a partir de
dispositivos principales empleando la creación de bloques.
La librería está compuesta por:
Figura 44 Librería de EMTPWorks
Fuente: EMTP-RV.











Advanced: Modelo de subcircuitos que se pueden ver o modificar si es
necesario.
Control: Dispositivos de control.
Control Functions: Proporciona varios estándares de control en diagramas
de control.
DC: Dispositivos utilizados en estudios de transmisión dc.
Flip Flops: Proporciona varias funciones para dispositivos de dos estados
para diagramas de control.
FMI: Estandarizar el intercambio de datos entre diferentes herramientas de
simulación.
Lines: Conductores de una fase, tres fases y multifase.
Load Models: Carga variables para el desarrollo de sistemas de potencia.
Machines: Maquinas DC y AC.
Meters: Equipos de medida.
Nonlinear: Dispositivos no lineales.
44










Options: Proporciona dispositivos para el control de simulación en EMTP y
funciones adicionales para EMTPWorks.
Phasor: Proporciona varias funciones fasoriales para diagramas de control.
Pseudo Devices: Dispositivos de interconexión de señales incorporadas
compatibles con EMTP.
RLC Branches: Dispositivos monofásicos, trifásicos y multifase
(Resistencia, inductor, condensador, modelo de carga, control PI).
Simulink DLL: Permite cargar archivos .dll del software MATLAB “Simulink”.
Sources: Fuentes de tensión y corriente para circuitos de potencia.
Switches: Interruptores para circuitos de potencia, muy utilizados en
diagramas de control.
Symbols: Presenta una variedad de símbolos definidos por el usuario y
anotaciones sobre el diseño de un dibujo.
Transformations: Proporciona varias funciones de transformación para
diagramas de control.
Transformers: Transformadores.
1.6 Edición de un circuito
Desarrollamos un circuito RLC sencillo ilustrado en la fig. . Donde consta de una
fuente de tensión AC (VFuente) de 230 [KV], una resistencia (R1) de 5 [KΩ], un
capacitor (C1) de 50 [µF] y un arreglo de una resistencia en serie con un inductor
(RL1) de 10 y 36 [Ω] en su respectivo orden, cada uno de los elementos pueden ser
modificados según lo desee realizando doble clic sobre este.
Figura 45 Librería de EMTPWorks
Fuente: EMTP-RV.
45
1.6.1 Simulación del circuito
Teniendo en cuenta el circuito modelado anteriormente, nos damos a la tarea de
simularlo para observar el comportamiento de las variables como tensión y corriente
de cada uno de los elementos dispuestos en este modelo.
Después de modelar y guardar el circuito, corremos el programa con el botón “Run”
señalado en la Fig. 46.
Figura 46 Librería de EMTPWorks
Fuente: EMTP-RV.
Al correr el programa se abre una ventana en la parte inferior que indica el tiempo
de ejecución del programa y si el circuito posee algún error arroja una advertencia.
Luego de correr el programa debemos presionar el botón “View Scopes with
Scopeview” para abrir la ventana que nos muestra la simulación de las variables
que deseamos.
46
Figura 47 Ruta para ver los resultados en Scopeview
Fuente: EMTP-RV.
Al abrir Scopeview se debe seleccionar las variables que queremos ver en este caso
es la corriente y el voltaje en cada uno de los elementes, para ello desplegamos el
menú indicado con la flecha roja y seleccionar el elemento en el que queremos ver
el comportamiento indicado en el cuadrado con borde azul de la Fig. 47.
Figura 48 Interfaz de ScopeView
Fuente: ScopeView.
47
Cada vez que seleccionamos el elemento Scopeview abre una ventana emergente
donde muestra el comportamiento de las variables que queremos ver en los
elementos. En este caso veremos la tensión y corriente de la resistencia, el
capacitor y el arreglo de la resistencia en serie con un inductor.
Figura 49 Voltaje y corriente en el capacitor
Fuente: Propia de ScopeView.
Figura 50 Voltaje y corriente en la resistencia
Fuente: ScopeView.
48
Figura 51 Voltaje y corriente el inductor
Fuente: ScopeView.
1.6.2 Construcción de un subcircuito
EMTPWorks posee una herramienta muy versátil para la construcción de
subcircuitos a partir de un modelo anteriormente construido, esto se puede usar en
la construcción de sistemas muy grandes que hacen que el esquema se vea muy
complicado de observar y analizar o como en nuestro caso permite ver el modelo
construido en forma más simple como una caja negra. Para ello se debe seguir los
siguientes pasos.
1. Diseñar el circuito a transformar.
2. Conectar los puertos de entrada y salida al circuito a transformar.
3. Estos puertos debe ser conectados de acuerdo al diseño del usuario. Tener
en cuenta definir el nombre de cada una de ellas para un mejor orden.
4. Seleccionar el circuito manteniendo sostenido el clic izquierdo y sombrear
todo el circuito de manera que todo quede seleccionado.
5. Luego click en Options>Subcircuits>Create Subcircuits block.
6. Enseguida se debe digitar el nombre del bloque y click en finalizar. Al crear
el bloque queda como el ilustrado en la Fig. 53.
49
Figura 52 Símbolo del subcircuito junto a las entradas y salidas
Fuente: EMTP-RV.
7. Si se desea que el modelo tenga entradas y salidas se deben usar los
elementos mostrados en la fig. que se encuentran en la librería de elementos
de EMTP específicamente en Pseudo Devices.
8. Si desea modificar el subcircuito, debe entrar a este dar click derecho ,
Properties y deshabilitar la opción read only.
9. Para la edición del subcircuito en cuanto al cambio de color o estilo del borde,
solo realizando click derecho sobre el elemento y seleccionar Edit Symbol.
1.6.3 Crear una biblioteca en EMTP-RV
Resulta útil dentro del trabajo en EMTP-RV crear una librería que contenga los
distintos modelos que son creados por el usuario; para ello el software permite
realizar este procedimiento de manera sencilla solo siguiendo algunos pasos.
1. Dar clic en Options> Library Options> New Library, se despliega una ventana
para escoger la ubicación donde se va a guardar la librería.
2. Aginar un nombre para la librería y colocarlo, dar clic en el botón de guardar.
3. Finalmente aparece en la parte inferior de las librerías una pestaña con el
nombre que fue asignado y que corresponde a la nueva librería, así como lo
muestra la fig 53.
50
Figura 53 Crear una librería en EMTP-RV
Fuente: EMTP-RV.
1.6.4 Guardar subcircuito o modelo en la biblioteca del software EMTP-RV
1. Una vez construido el subcircuito se debe seleccionar del menú Options>Part
Type> Save to lib y a continuación se despliega la ventana de la fig 54.
Figura 54 Menú de bibliotecas del software EMTPWokrs
Fuente: EMTP-RV.
51
2. Una vez creada la biblioteca se selecciona de la lista “Select destinatin
library” el nombre de la misma y luego clic en Save. Antes de guardar en la
biblioteca se debe tener en cuenta que si el subcircuito cuenta con un circuito
interno, se debe seleccionar la opción “Save internal circuit definition” para
almacenarlo correctamente.
3. Ahora es posible tener acceso al modelo que se creó tomando el mismo
desde la librería en la cual se agregó, asi como lo muestra la fig.55.
Figura 55 Modelo de una UPS Trifásica agregado a una librería de
usuario
Fuente: EMTP-RV.
52
1.6.5 Como pasar un modelo de Simulink (MATLAB) a EMTP_RV
Para realizar esta serie de pasos se debe tener en cuenta si el EMTP-RV contiene
la herramienta Simulink DLL que se encuentra en la librería de este.
1. Abrir el programa MATLAB como administrador para construir el modelo en
Simulink a disposición del usuario. En este caso usaremos el modelo
mostrado en la Fig. 56. que tiene una entrada y una salida y en su interior
cuenta con un contenido programado. Si el modelo va ser usado en
EMTPWorks para realizar una conexión, es primordial conectar por lo menos
una entrada y una salida al modelo, este elemento se encuentra en la librería
de Simulink>Commonly used blocks.
Figura 56 Bloque de un subcircuito en MATLAB-Simulink
Fuente: MATLAB.
2. Después de construido el modelo el archivo se debe guardar en la dirección
C:\Program
Files
(x86)\EMTPWorks
3.5\Toolboxes\SimulinkDLL\TLC_EMTP.
53
3. En el menú o barra de herramienta de Simulink seleccionar la opción Model
Configuration Parameters>Code Generation>browser y click en la opción
EMTP.tlc como se observa en la Fig. 57.
Figura 57 Configuración del código en MATLAB-Simulink
Fuente: MATLAB.
54
4. Luego
seleccionar
la
opción
Optimization>Signals
Parameters>configure>Add to table como se muestra en la Fig. 56.
and
Figura 58 Menú de parámetros importar contantes desde Simulink
Fuente: MATLAB.
5. Por ultimo click en Build Model que se encuentra en el menú o barra de
herramientas de Simulink para construir el archivo (.dll).
6. El Archivo (.dll) se guarda en la misma dirección donde se guardó el modelo
C:\Program
Files
(x86)\EMTPWorks
3.5\Toolboxes\SimulinkDLL\TLC_EMTP.
7. Para llamar el modelo desde EMTPWorks se usa la herramienta Simulink
DLL que se encuentra en su librería, para ello se arrastra este elemento a la
zona de trabajo, doble click izquierdo sobre el elemento donde se desplegara
una ventana y click en Select Simulink Model (.dll) para buscar el archivo (.dll)
creado anteriormente.
55
Figura 59 Simulink DLL de EMTP-RV para importar archivos (.dll) desde Simulink
Fuente: EMTP-RV
Figura 60 Modelo creado a partir de archivos (.dll) en EMTP-RV
Fuente: EMTP-RV
56
CONCLUSIONES
-La presente tesis tuvo como objetivo construir un modelo programado en el
software EMTP-RV que cumpliera con el funcionamiento típico de una UPS trifásica
como la que presenta ETAP 16.0.0 y que sirvió como guía para el análisis de su
comportamiento bien sea trabajando en condiciones normales de alimentación o
con la red y cuando la se presentan caídas de tensión. Para ello se realizó una tabla
como la ilustrada en el Capítulo 3 “Tabla 1 Pruebas de tensión de entrada y salida
en ETAP 16.0.0”, basándonos en ello se obtuvieron resultados similares en el
modelo de UPS trifásica de EMTP-RV que se pueden observar en el Capítulo 4
“Tabla 2 Pruebas de tensión de entrada y salida en EMTP-RV” en modo normal de
servicio. Las tablas fueron construidas de manera similar en donde se evidencia que
los resultados obtenidos son similares.
-Como se puede evidenciar en los dos programas son funcionales las variables de
Servicio y By-pass como manera de operación de la UPS, de modo que cumplen
con la función que les corresponde, conectando la salida de la Unidad directamente
con la entrada sin que intervenga la parte activa del modelo.
-A lo largo del presente documento se pretendió dar a conocer el software EMTPRV especializado en la simulación y modelamiento de sistemas eléctricos,
explicando el uso de algunas librerías y funciones más importantes que hacen que
el programa sea amigable y fácil de utilizar para el usuario. sí brindar una ayuda e
incentivar a mas compañeros en la utilización de este programa para el desarrollo
de actividades académicas, además es compatible con otros software como
Simulink-MATLAB.
-La finalidad del proyecto fue en presentar un modelo de UPS trifásica lo más
reducido posible que trabajara en estado estable para así cargarlo en la librería de
herramientas de EMTP-RV y que otras personas puedan beneficiarse empleando
este modelo para su servicio.
57
GLOSARIO
Bus: Es la unión entre dos o más elementos de un circuito, por ejemplo, fuentes de
tensión, fuentes de corriente, transformadores, cargas (resistencias, inductores o
condensadores).
By-Pass; Un bypass eléctrico es una desviación de un circuito eléctrico que permite
la comunicación directa entre dos puntos.
Estado estable: Significa que en un sistema de potencia las cantidades eléctricas
que están en operación se pueden consideran constantes.
DLL: biblioteca de enlace dinámico o más comúnmente DLL (sigla en inglés de
dynamic-link library) es el término con el que se refiere a los archivos con código
ejecutable que se cargan bajo demanda de un programa por parte del sistema
operativo.
Scope: Es una sonda de medición de señales que se encuentra en las herramientas
de simulación del software EMTP-RV.
Sub-circuito: Herramienta del software EMTP-RV que sirve para realizar dentro de
un bloque el diseño de un circuito con n entradas y n salidas.
58
REFERENCIAS
[1] Zbigniew Rymarski, Krzysztof Bernacki, (7th January 2016). Different
approaches to modelling single-phase voltage source inverters for
uninterrruptible power supply systems. IET Power Electronics. Research
Article.
[2] Dong-Eok Kim, Student Member, IEEE and Dong-Choon Lee, Member,
IEEE (3 March 2010). Feedback Linearization Control of Three- Phase
UPS Inverter Systems. IEEE Transactions on industrial electronics. Article.
[3] Samuel Polato Ribas, Luiz Antonio Maccari Jr, Humberto Pinheiro, Ricardo
Coração de Leão Fontoura de Oliveira, Vinícius Foletto Montagner, (19th
February 2014). Design and implementation of a discrete-time H-infinity
controller for uninterruptible power supply systems. IET Power Electronics.
1 Centro de Tecnologia, Universidade Positivo, CT, Curitiba, PR, Brazil 2
Power Electronics and Control Research Group - GEPOC, Federal
University of Santa Maria, GEPOC, Santa Maria, RS, Brazil, 3 School of
Electrical and Computer Engineering, University of Campinas – UNICAMP,
Campinas, SP, Brazil. Article.
[4] S. Buso. Robust Control of Single Phase UPS. Department of Electronics
and Informatics, Padova Italy. Article.
[5] Gustavo Adolfo Ramírez Motta and William Javier Bejarano Moreno, Guia
de simulación de FACTS: SSSC y TCSC en el software EMTP-RV,
Bogota, Colombia, Universidad Distrital, 2014.
[6] EMTP-RV, The reference for power systems transients, Help & Support,
EMTP User Manual Version 3,5, 2017
[7] ETAP 16.0.0, Help, Chapter 13 AC-DC Elements, UPS, Editor Overview.
59