MAESTRO EN CIENCIAS CON ESPECIALIDAD de una uآ  me han enseأ±ado a valorar las cosas de la vida....

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  • INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

    ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN

    “DISEÑO DE UNA UNIDAD DE MEDICIÓN FASORIAL

    CON TECNOLOGÍA ARM”

    TESIS

    QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:

    MAESTRO EN CIENCIAS CON ESPECIALIDAD

    EN INGENIERÍA ELÉCTRICA

    PRESENTA:

    ING. DIEGO VALERIO TORRES

    Dr. Domitilo Libreros

    Director de Tesis

    Ciudad de México, Diciembre 2016

  • Diseño de una Unidad de Medición Fasorial con tecnología ARM

  • Diseño de una Unidad de Medición Fasorial con tecnología ARM

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    SIP 14

  • Diseño de una Unidad de Medición Fasorial con tecnología ARM

  • Diseño de una Unidad de Medición Fasorial con tecnología ARM

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    CARTA DE CESIÓN DE DERECHOS

    INSTITUTO POLTÉCNICO NACIONAL

    SECRETARÍA DE INVESTIGACIÓN Y POSGRADO

    CARTA CESIÓN DE DERECHOS

    En la Ciudad de México, D.F. el día 25 del mes de noviembre del año 2016, el que suscribe Ing.

    Diego Valerio Torres alumno del Programa de Maestría en Ciencias en Ingeniería Eléctrica, con

    número de registro B140862, adscrito a la Sección de Estudios de Posgrados e Investigación de la

    ESIME Unidad Zacatenco, manifiesto que es el autor intelectual del presente trabajo de Tesis bajo

    la dirección del Dr. Domitilo Libreros y cede los derechos del trabajo titulado Diseño de una

    Unidad de Medición Fasorial con tecnología ARM, al Instituto Politécnico Nacional para su

    difusión, con fines académicos y de investigación.

    Los usuarios de la información no deben reproducir el contenido textual, gráficas o datos del trabajo

    sin el permiso expreso del autor y/o director del trabajo. Este puede ser obtenido escribiendo a las

    siguientes direcciones: d.valerio.t@gmail.com y/o dlibrero@ipn.mx.

    Si el permiso se otorga, el usuario deberá dar el agradecimiento correspondiente y citar la fuente

    del mismo.

    ___________________________________

    Diego Valerio Torres

  • Diseño de una Unidad de Medición Fasorial con tecnología ARM

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    DEDICATORIA

    A mis amados padres Silva y Carlos, quienes han estado al pendiente de mi formación, y quienes

    me han enseñado a valorar las cosas de la vida. Por todo el apoyo incondicional, palabras de

    aliento y amor.

    A mis queridos hermanos Carlos, Iveet, Verónica, Ivan, Carolina, Paulo, Sideri y Erendida, en las

    buenas y en las malas, siempre he contado con ustedes incondicionalmente.

    A toda mi familia, consanguínea o no, por su confianza y apoyo.

    A mis amigos y compañeros, que me ayudaron en mi formación personal y profesional.

    A los profesores que, más allá de las aulas, me brindaron su amistad y compañerismo.

    A las personas que confían en mí y no dejan de apoyarme.

    A mis abuelos, y a aquellos seres queridos que se han adelantado.

    Este trabajo no sólo es mío, es de todos ustedes, quienes han estado en mi vida y se enorgullecen

    de mí. Para ustedes, con todo mi esfuerzo.

    “El éxito consiste en obtener lo que se desea. La felicidad, en disfrutar lo que se obtiene”

    - Ralph Emerson

  • Diseño de una Unidad de Medición Fasorial con tecnología ARM

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    AGRADECIMIENTOS

    En primera instancia, a Dios, porque sin su voluntad nada es posible, por la fuerza de convicción, los dones

    que me brindó y todas las bendiciones y obstáculos que puso en mi camino, a fin de lograr la culminación

    de mis estudios de maestría y la realización de este trabajo.

    A mis padres y hermanos, porque sin ellos no habría podido siquiera pensar en estudiar la maestría, por

    tantas noches de desvelos, días sin salir, problemas afrontados juntos, peleas y toda situación que nos ha

    permitido permanecer más unidos que nunca. Por la paciencia que me tienen y por mantenerme en el camino

    correcto, no tengo manera de agradecerles.

    Al director de la tesis, Dr. Domitilo Libreros, por su guía, valiosos consejos, enseñanzas y la paciencia para

    la elaboración de este trabajo. Por compartir más allá de una cátedra, experiencias de vida para mi formación

    personal. Por todo lo enseñado y su apoyo, gracias.

    Al Dr. Raúl Cortés Mateos, quien siempre logró sacar lo mejor de mí, y siempre conté con su guía,

    enseñanzas, apoyo técnico y moral, lecciones de vida y en el aula, pero sobre todo, por ser una persona tan

    capaz de entregarse por completo a la realización de este trabajo, y aun así ser tan comprensible en los

    momentos difíciles. Muchas gracias.

    Al Dr. Raúl Alcántara Fernández, quien siempre ha confiado en mis habilidades más de lo que yo he

    confiado en ellas, con quien he podido contar en las buenas y en las malas, y qué es el ejemplo a seguir más

    digno que he encontrado en la vida profesional y personal. Por ser un gran amigo, profesor y tutor, gracias.

    Al Instituto Politécnica Nacional, a la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, a todos mis

    amigos y compañeros en el camino, así como el personal de apoyo de la SEPI, quienes me han hecho el

    honor de brindar su amistad y cariño, porque siempre me apoyaron cuando lo necesité y no escatimaron en

    recursos para brindarme su ayuda. Gracias.

    Agradezco a los integrantes de la comisión revisora de esta tesis, quienes ayudaron a mejorar la calidad de

    la misma: Dr. David Romero Romero, Dr. Ricardo Mota Palomino, Dr. Domitilo Libreros, Dr. Raúl Cortés

    Mateos, Dr. David Sebastián Baltazar y Dr. Daniel Ruiz Vega.

    Por último y no menos importante, agradezco al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT),

    institución que brindó el apoyo económico necesario para la realización de este trabajo.

  • Diseño de una Unidad de Medición Fasorial con tecnología ARM

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    RESUMEN

    En el siguiente trabajo, se presenta el diseño de una unidad de medición fasorial (PMU)

    sincronizada mediante un módulo receptor del sistema satelital de posicionamiento global (GPS).

    El medidor implementado tiene la capacidad de medir los fasores de voltaje y corriente de un

    sistema trifásico con frecuencia nominal de 60 Hz. Estos fasores son calculados mediante el

    algoritmo de la Transformada Discreta de Fourier (DFT) y pueden ser representados en forma polar

    o rectangular.

    El estampado de tiempo, la frecuencia calculada y los fasores obtenidos, son enviados al sistema

    receptor, en este caso una PC, mediante un puerto de comunicación serial basado en las tramas de

    información establecidas en el estándar IEEE C37.118.2.

    Se expone la utilización del algoritmo de la DFT para el cálculo de fasores, explicando la forma en

    que se obtienen los ángulos de los fasores mediante una Tabla de Búsqueda (LUT) y la identidad

    trigonométrica utilizada.

    Mediante el uso de la herramienta FreeMASTER se logra visualizar los fasores en forma gráfica,

    creando curvas para la magnitud y ángulo de los fasores, los valores de la frecuencia calculada y

    el valor eficaz (RMS) de las señales analizadas.

    La parte central del medidor está conformada por una tarjeta de desarrollo de NXP (TWR-

    KM34Z50M), con un microcontrolador MK34Z128CLL5 y un microcontrolador generador de

    señales K20 que permite emular una red eléctrica real (3 señales de corriente y 3 señales de voltaje).

    La tarjeta se comunica con el módulo receptor GPS para recibir la señal de sincronización de un

    pulso por segundo (pps) para el cálculo de los fasores y obtención del Tiempo Universal

    Coordinado (UTC).

    Se realizan pruebas en estado estacionario para determinar el cumplimiento en Magnitud, Ángulo

    de Fase y Contenido Armónico conforme al estándar IEEE C37.118.1, comprobando que la unidad

    de medición desarrollada se acata a lo establecido en dicho estándar.

  • Diseño de una Unidad de Medición Fasorial con tecnología ARM

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    ABSTRACT

    In this thesis, the design of a phasor metering unit (PMU) synchronized via satellite through a

    global positioning system (GPS) receiver module is presented.

    The implemented meter unit has the ability to measure the phasors of voltage and current of a three-

    phase system with a nominal frequency of 60 Hz. These phasors are calculated by the algorithm of

    the Discrete Fourier Transform (DFT) and can be represented in polar or rectangular form.

    The time stamp, the calculated frequency and the obtained frequency are sent to the receiving

    system, in this case a PC via serial communication port based on data frames established in IEEE

    Standard C37.118.2

    The use of the DFT algorithm for the computation of