Análisis de sistemas trifásicos equilibrados, desequilibrados, sinusoidales y no sinusoidales mediante una herramienta desarrollada en Python

Analysis of balanced, unbalanced, sinusoidal and nonsinusoidal three-phase systems through a Python developed tool

Este trabajo propone una herramienta en Python para el análisis de sistemas trifásicos equilibrados, desequilibrados, sinusoidales y no sinusoidales basada en la norma IEEE Std. 1459. La herramienta propuesta fue desarrollada para ser utilizada por ingenieros eléctricos y profesionales de carreras afines, proporcionando un acceso libre para el cálculo de la potencia eléctrica que permite validación y análisis de esta en los sistemas de potencia. La herramienta propuesta está disponible para su uso en un enlace de GitHub y solo requiere como entradas las señales de voltaje y corriente, por lo que es posible prescindir de costosos analizadores de redes comerciales. La herramienta está compuesta por dos interfaces, una para realizar cálculos de potencia de sistemas trifásicos sinusoidales y otra para realizar cálculos de sistemas trifásicos no sinusoidales; ambas interfaces son accesibles a través de un menú principal. La herramienta propuesta facilita la toma de decisiones en sistemas eléctricos, lo que ayuda a mejorar la eficiencia y calidad de la energía de estos sistemas.

1. INTRODUCCIÓN

Idealmente, se espera que los sistemas eléctricos trifásicos sean equilibrados, sinusoidales y con cargas lineales. De este modo, los generadores suministrarían energía con altos estándares de calidad y eficiencia. Sin embargo, los sistemas eléctricos reales muestran un comportamiento no equilibrado y no ideal (Blasco et al., 2020). Los desequilibrios de tensión y corriente degradan la eficiencia de los sistemas eléctricos, ya que aumentan las pérdidas de potencia en las líneas de transmisión y distribución. También conducen a un funcionamiento no ideal de motores, generadores, transformadores y equipos de protección. Por ello, el cálculo de los componentes armónicos y desequilibrados de la potencia es de suma importancia para tomar decisiones y estrategias de compensación que aumenten la calidad y eficiencia de la potencia en los sistemas eléctricos.

El cálculo de la potencia en sistemas trifásicos equilibrados, desequilibrados, sinusoidales y no sinusoidales es un tema de estudio actual en la comunidad científica. En Blasco et al. (2018), se propone una formulación fasorial para cuantificar las componentes armónicas aparentes de potencia, donde el conjunto de fasores propuesto ayuda a analizar las ineficiencias de la red eléctrica. En Blasco et al. (2020) se reportan nuevas expresiones vectoriales que cuantifican los desequilibrios de potencia con el objetivo de diseñar y construir compensadores pasivos de potencia desequilibrada.

Los autores en Qi et al. (2020), proponen un esquema de control de potencia reactiva para definir la inyección de potencia de cada inversor conectado en una microrred de CA aislada. En Artale et al. (2021), se proponen nuevos indicadores para la evaluación de la emisión de armónicos, considerando la relación de potencia y los contadores convencionales utilizados en las redes de distribución.