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Estudio de condiciones tcnicas de la demanda que permitan su
participacin activa en la operacin de una Minirred
Jaime Eduardo Bonilla Cardona
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ingeniera y Arquitectura
Manizales, Colombia
2015

Study of technical demand conditions that enable their active participation in the operation of a
mini-grid
Manizales, Colombia
2015

Estudio de las condiciones tcnicas
de la demanda que permitan su participacin activa en la operacin
de una Minirred
Tesis presentada como requisito parcial para optar al ttulo de:
Magister en Ingeniera Elctrica
Directora:
Ph.D. Sandra Ximena Carvajal Quintero
Lnea de Investigacin:
Operacin de Sistemas Elctricos de Distribucin con Microrredes
Grupo de Investigacin:
Enviromental Energy and Education policy E3P
Manizales, Colombia
2015

Aprobada por la Facultad de Ingeniera y
Arquitectura, en cumplimiento de los
requisitos exigidos para otorgar el ttulo de:
Magister en Ingeniera Ingeniera
Elctrica
____________________________________
Sandra Ximena Carvajal Quintero, Ph.D.
Directora de la Tesis
____________________________________
Jurado
____________________________________
Jurado
Manizales, Colombia
2015

A Dios
A mi madre, mis hermanos y mi ta
quienes son mi gua y motivacin para
alcanzar mis logros.

Agradecimientos
A la Ph.D. Sandra Ximena Carvajal Quintero, quien me motiv a continuar con mis
estudios de investigacin y quien con su gran paciencia gui continuamente mi proceso
para concluir este trabajo con xito.
Al grupo de investigacin E3P que con la gran calidad de personas que lo conforman en
especial a Adriana Arango y Juan David Marn quienes aportaron su conocimiento para la
construccin de este trabajo.
A mi familia, en especial a mi madre, mis hermanos y mi ta quienes con su apoyo
incondicional confiaron en m para sacar adelante esta gran meta personal.
Jaime Eduardo Bonilla Cardona, 2015

Resumen
Este trabajo presenta, en primer lugar, una revisin bibliogrfica acerca de los
parmetros tcnicos necesarios para la participacin de la demanda en una red de
distribucin que opere aislada a travs del uso de Recursos Energticos Distribuidos,
tales como Generacin Distribuida y demanda controlable.
En segundo lugar, se analiza los consumos de energa elctrica de usuarios
residenciales a travs de realizar encuestas a usuarios residenciales y analizar dicha
informacin con tcnicas de estadstica aplicada y luego utilizar esta informacin de
insumo para modelar la demanda en un software especializado en modelamiento de
redes elctricas llamado Digsilent.
Finalmente, se analiza el modelo de la demanda considerando diferentes escenarios de
operacin de la miniR utilizada como caso de estudio, con el fin de determinar diferentes
programas de conexin y desconexin de la demanda residencial para que en caso de
una operacin aislada de la miniR se pueda garantizar el suministro continuo de
electricidad para los usuarios de tipo comercial e industrial.
Palabras clave: MiniR, Demanda elctrica, Parmetros tcnicos, Reduccin de
carga, Deslastre de carga, Pequeas Centrales Hidroelctricas, Redes de
distribucin.

Abstract
This thesis presents, first, a literature review about the technical parameters required for
demand participation in a distribution network that operating isolated through the use of
distributed energy resources, specifically small hydro power plants and controllable
demand.
Secondly, the electricity consumption of residential users is analyzed through surveys
and therefore, we analyze this information with statistical techniques applied and we use
this information as input to model demand in a specialized electrical software called
DIgSILENT.
Finally, we analyze the demand model considering different scenarios of operation in the
miniR used as a case study, in order to determine different programs connecting and
disconnecting to residential demand, in case of that an isolated operation of the miniR you
can ensure the continuous supply of electricity to commercial and industrial users.
Keywords: Minigrid, Power demand, Technical parameters, Reduction of load, Load
shedding, Small Hydroelectric Plant, Distribution Network

Contenido
Resumen ....................................................................................................................... XIV
Lista de figuras ........................................................................................................... XVII
Lista de Tablas ............................................................................................................. XIX
Lista de Smbolos y abreviaturas .................................................................................21
1. Introduccin ............................................................................................................23 1.1 Objetivo general ................................................................................................ 24 1.2 Objetivos especficos ........................................................................................ 24 1.3 Estructura del documento ................................................................................. 25
2. Evolucin de las redes de distribucin y participacin de la demanda ..............26 2.1 MiniR de distribucin ......................................................................................... 30 2.2 Control de la demanda ...................................................................................... 35 2.3 Metodologa ...................................................................................................... 41
3. Modelado de la demanda a partir del modelado ZIP ............................................44 3.1 Modelado ZIP ................................................................................................... 45 3.2 Curva de demanda ........................................................................................... 50
4. Simulacin de los escenarios de operacin de la MiniR .....................................54 4.1 Condiciones de operacin de la simulacin ...................................................... 56 4.2 Escenarios de simulacin ................................................................................. 60
5. Conclusiones y Futuros Desarrollos .....................................................................85 4.3 Futuros desarrollos ........................................................................................... 87 4.4 Discusin acadmica ........................................................................................ 88
Bibliografa .....................................................................................................................89
A. Anexo: Modelamiento de la demanda en DIgSILENT ...........................................94

Lista de figuras
Figura 2-1: Modelo del sistema elctrico colombiano actual (Fuente: Elaboracin propia)
........................................................................................................................................27
Figura 2-2: Modelo del sistema elctrico colombiano con fuentes de generacin de
energa no convencional y flujos bidireccionales (Fuente: Elaboracin propia) ...............29
Figura 2-3: Parmetros de la demanda para operar en una MiniR de distribucin (Fuente:
Elaboracin propia) .........................................................................................................33
Figura 2-4: Clasificacin de las cargas crticas (Fuente: adaptado de Integrated, 2010) .38
Figura 2-5: Curva de carga residencial diferible desplazada 4 horas (Curva roja) ...........40
Figura 2-6: Clasificacin de la demanda (Fuente: Elaboracin propia) ............................43
Figura 3-1: Consumo promedio de 10 usuarios durante 2 semanas con registros cada
quince minutos durante las 24 horas del da pertenecientes a familias de estrato 3
conectadas a la subestacin Marmato. ...........................................................................53
Figura 4-1: Modelado de subestacin Marmato en DIgSILENT PowerFactory ................54
Figura 4-2: Uso de la demanda en Subestacin Marmato ...............................................57
Figura 4-3: Uso de la demanda segn PCH de la Subestacin Marmato ........................58
Figura 4-4: Magnitud de tensin de las cargas elctricas ................................................63
Figura 4-5: Potencia activa de las cargas elctricas ........................................................64
Figura 4-6: Potencia activa de las plantas generadoras ..................................................65
Figura 4-7: Potencia activa de las cargas elctricas con la red operando en forma de
miniR ............................................................

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