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ELC 30524 : SISTEMAS DE POTENCIA II
 En esta sección se presenta el material necesario para los participantes en el curso de Sistemas de Potencia II para estudiantes  no graduados en la carrera de Ingeniería Eléctrica en Potencia.

descripción

Descripción del Curso y objetivos de aprendizaje

ELC-30524 es un curso para estudiantes no graduados en Sistemas Eléctricos de Potencia. El principal objetivo de este curso es desarrollar capacidades y destrezas para analizar el funcionamiento y operación de un sistema de potencia, mecanismos de control del mismo y las alternativas para su funcionamiento óptimo. Se efectúa énfasis en las teorías fundamentales, métodos de análisis avanzados, desarrollo conceptual, y ganando experiencia con la aplicaciones de software de simulación y paquetes de análisis. Aunque hoy en día los software están muy avanzados, para poder aplicar correctamente el software e interpretar los resultados debe tener un buen entendimiento analítico así como un práctico/conceptual " una buena imagen" de como el sistema de potencia se comporta y de todas las interacciones entre el equipo y los componentes que componen el sistema.

 

El sistema de potencia consiste de cientos o miles de "barras" o nodos, y las ecuaciones de red que resultan pueden tener miles de variables. Las nuevas complejidades operacionales impuestas por la desregulación en la industria de servicio eléctrico, los mayores apagones, y los aspectos de seguridad/confiabilidad, la instalación de generación distribuida, y la aplicación de FACTS y otros dispositivos de mas reciente avanzada, han renovado la necesidad mejores y mas desarrollados análisis, simulación y habilidades de diseño. Este curso provee los fundamentos de cursos de postgrado. Los tópicos de este curso son cubiertos típicamente en 14 semanas, y el curso es cubierto con el uso de textos, notas del instructor, y software.

 

Objetivos

Objetivos del curso
Las personas que aprueben este curso desarrollarán la capacidad necesaria para analizar el funcionamiento y operación de los sistemas eléctricos de potencia, los mecanismos para su control y basamentos para la operación optima. 

 
contenido

contenido general del curso

A lo largo de este curso de Sistemas de Potencia II se persigue abordar los siguientes aspectos, incluyentes y no limitativos:

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Análisis matricial sistemas eléctricos de potencia, y calculo de Cortocircuito (CC) simétrico.

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Estabilidad: Definición, Clasificación. Análisis de la transitoria en Sistemas de Potencia.

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Flujo de Potencia.

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Control de Potencia-Frecuencia.

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Introducción al despacho económico de carga.

contenido detallado del curso

  Capitulo I. Análisis Matricial de Sistemas de Potencia y Calculo de cortocircuito simétrico.

 Introducción a los métodos matriciales en sistemas de potencia. Ventajas de los métodos matriciales de corrientes de cortocircuito en sistemas de potencia. Método de Matriz Admitancia de barra. Método de Matriz Impedancia de barra. Cálculo de corrientes de cortocircuito simétrico por medio de la matriz impedancia de barra. Perfil de voltajes y contribuciones de corrientes durante un cortocircuito aplicando el método de impedancia de barra.

  Capitulo II. Estabilidad.

Definición de estabilidad transitoria y de régimen permanente. Ecuación de oscilación de la máquina sincrónica. Criterio de las áreas iguales para la estabilidad.

  Capitulo III. Flujo de Potencia.

Definición de barra para un estudio de flujo de carga. Definición de barra de potencia infinita. Análisis de Flujo de carga. Método de Newton-Raphson. Método de Gauss-Seidel.

  Capitulo IV. Control de Potencia-Frecuencia.

Reguladores de velocidad. Operación de generadores en paralelo. Definición y características de sistemas interconectados. Flujo de potencia en un sistema y su variación ante la frecuencia. Ecuaciones de potencia .

  Capitulo V. Control de Potencia Reactiva-Voltaje

Excitación de los generadores sincrónicos, excitatrices, generación y absorción de potencia reactiva. Condensadores estáticos, compensadores sincrónicos. Transformadores. Reguladores.

Contenido Programático del Curso (31 kB)

 
planificación

  PLANIFICACIÓN DEL CURSO
A continuación se presenta el cronograma de actividades prevista en el tiempo para el curso de Sistemas de Generación Distribuida:

SEMANA

CONTENIDO  PROGRAMÁTICO

Modalidad de eval. y Ponderación

Fecha de Evaluación

1

15-20/09

Introducción de los métodos matriciales para calculo de corrientes de corto circuito
   

2

22-27/09

Calculo de corriente de cortocircuito simétrico y contribuciones de cortocircuito; contribuciones y perfil de tensiones
   

3

29/09-04/10

Definición de estabilidad transitoria y de régimen permanente
   

4

06-11/10

Criterio de áreas iguales I

Examen Parcial 1

25%

Martes

29/01/08

5

13-18/10

Criterio de áreas iguales II

 

 

6

20-25/10

Resolución de la evaluación de oscilación del generador
   

27/10-01/11

Definición de flujo de potencia
   

7

03-08/11

Método de Newton Raphson, método de Gauss-Seidel, para el flujo de potencia

Examen Parcial 2

25%

Martes

26/02/08

8

10-15/11

Determinar el flujo de carga en las diferentes condiciones normales de Sist. Potencia.
   

9

17-22/11

Fundamentos en control de potencia frecuencia.
   

10

24-29/11

 Semana Libre

   

11

01-06/12

Flujo de potencia entre sistemas de potencia ante una variación de frecuencia.

Examen Parcial 3

25%

Martes

25/03/08

12

08-13/12

Curvas potencia reactiva-voltaje Q-V
   

13

05-10/01

Excitación regeneradores, generación de potencia reactiva, condensadores estáticos

Trabajo de investigación 5%

Martes

08/04/08

14

12-17/01

Conceptos fundamentales de despacho económico de carga

Examen Parcial 4

20%

Martes

15/04/08

EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO ACADÉMICO

Producto y/o Actividad Ponderación

Examen Parcial 1

25 %

Examen Parcial 2

25 %

Examen Parcial 3 25 %
Examen Parcial 4 20%

Trabajo de Investigación

5%

Total 100%

Planificación del Curso (31 kB)

 
 curso
   material elemental del curso

A continuación se reúne un grupo de documentos electrónicos que contienen información considerada minima para el desarrollo del curso, y que no es limitativa ni excluyente al uso de los reconocidos textos.

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Capitulo 1: Introducción a los Estudios en Sistemas de Potencia (323 kB) Análisis Matricial de Corrientes de Cortocircuito Simétrico.

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Capitulo 2: 2-1. Introducción a los Conceptos de Estabilidad de Sistemas de Potencia. (364 kB)

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Capitulo 2: 2-2. Criterio de Áreas Iguales. (158 kB) 

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Capitulo 2: 2-3. Consideraciones de Estabilidad Transitoria. (224 kB)

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Capitulo 2: 2-4. Métodos Numéricos Aplicados a Ecuaciones Diferenciales (264 kB)

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Capitulo 3: Flujo de Potencia

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Capitulo 4: Control de Potencia Activa Frecuencia (P-f). (454 kB)

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Capitulo 5: Control de Potencia Reactiva Voltaje (Q-V).  (452 kB)

 
 Anexo
  material anexo

A continuación se reúne un grupo de documentos electrónicos que contienen información considerada anexa al curso, se trata mayormente de elementos anexos:

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Anexo 1.1: Operaciones Matriciales y Matrices en Sistemas de Potencia  (121 kB)

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Anexo 1.2: Cortocircuito en Sistemas de Potencia (177 kB)

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Anexo 1.3: El modelo de Impedancias y los Cálculos de Red (71.7 kB)

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Anexo 1.4: Matriz Admitancia de Barra (52 kB) 

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Anexo 2.1: Estabilidad Transitoria -Criterio de Áreas Iguales (505 kB)

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Anexo 2.2: Ecuación de Oscilación (137 kB)

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Anexo 2.3:                                  

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Anexo 2.4: Métodos Numéricos Aplicados a la Ecuaciones Diferenciales (220 kB)

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Anexo 2.5: Resolución de la ecuación de oscilación (307 kB)

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Anexo 2.6: Relación Potencia Angulo (85.4 kB)

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Anexo 3: Flujo de Potencia (92 kB) 

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Problemas Propuestos Capitulo 6. Hadi Saadat. Power System Analysis (290 kB)

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Problemas Propuestos Capitulo III. Maulio Rodriguez (880 kB)

 

  LECTURAS RECOMENDADAS

A continuación se reúne un grupo de documentos electrónicos que contienen información considerada anexa al curso, se trata mayormente de elementos anexos:

 

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En Construcción

 

 

  Evaluación

  exámenes pasados

Un corto pero adecuado grupo de evaluaciones escritas de cursos de Sistemas de Generación Distribuida que han sido dictados en el pasado están contenidas aquí.

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Examen Parcial 1:  2005, 2006, 2007, 2007-2

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Examen Parcial 2: 199x, 2005, 2006, 2007

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Examen Parcial 3: 2004, 2005, 2006, 2007

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Examen Parcial 4: 2006, 2007

  Asignación

Corresponde a artículos, reportes, boletines informáticos o cualquier otro tipo de información que complementa el contenido del curso.

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Asignación 1-2004: Repaso de Fallas Asimétricas (49.7 kB)

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Asignación 1-2007: Matriz Impedancia de Barra (42.9 kB)

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Asignación 1-2008. Resolver los problemas propuestos: 6.1 y 6.2 de [1], 9.1 al 9.18 de [2], 1 al 6 [3].

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Asignación 2-2004: Construcción de Matriz Impedancia de Barra (46.9 kB)
Asignación 2-2007: Modelo de Impedancia y Cálculos de Red (96.8 kB)

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Asignación 3-2004: Parámetros de Secuencia, Análisis matricial de fallas (53.2 kB)

 [1] Hadi Saadat, Power System Analysis, McGraw-Hill, 1999. ISBN-0-07-012235-0.

 [2] John J. Griainger and William D. Stevenson Jr. Análisis de Sistemas de Potencia.  

      McGarw-Hill, 1996 ISBN 970-10-0908-8.

 [3] Maulio Rodríguez, Análisis de Sistemas de Potencia, Ediluz. ISBN 980-232-363-2

  Practicas

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Practica 1 : Flujo de Potencia (135 kB)

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Practica 2 : Estabilidad Transitoria

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Practica 3 : Calculo de Corrientes de Cortocircuito

Valor AGREGADO

Un corto pero adecuado grupo de asignaciones propias del curso de Sistemas de Generación Distribuida son reunidas aquí.

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Comparación de Métodos Numéricos para la Solución Ecuación Diferencial de 1er Orden. (471 kB)

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Métodos Numéricos para la Solución Ecuaciones Diferenciales: Un Ejemplo Comparativo (84 kB)

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Solución Numérica de la Ecuación de Oscilación: Implementación (54 kB) 

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Ejemplo 22 del Texto "Análisis de Sistemas de Potencia" de Maulio Rodríguez, EDILUZ (77 kB)

Copyright Notice

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Copyright:

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P. Kundur, J. Paserba, V. Ajjarapu, G. Andersson, A. Bose, C. Canizares, N. Hatziargyriou, D. Hill, A.M. Stanković, C. Taylor, T. Van Cutsem, V. Vittal, "Definition and classification of power system stability IEEE/CIGRE joint task force on stability terms and definitions", IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 19 , No. 3 , pp.1387 - 1401, Aug. 2004 (832 kB)

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G. Andersson, P. Donalek, R. Farmer, N. Hatziargyriou, A. Kamwa, P. Kundur, N. Martins, J. Paserba, P. Pourbeik, J. Sanchez-Gasca, R. Schulz, A.M. Stankovic, C. Taylor, V Vittal, "Causes of the 2003 major grid blackouts in North America and Europe, and recommended means to improve system dynamic performance", IEEE Trans. on Power Systems, Vol. 20, No. 4, pp. 1922 - 1928, Nov. 2005 (247 kB)

PROGRAMAS EN maTLAB

En esta sección se presentan una serie de programas y rutinas desarrolladas por el Prof. Francisco M. González-Longatt, que sirven como apoyo al curso de Sistemas de Potencia II.

 

Estos programas son muy simples, y sus fines son didácticos y como complemento al curso. Sin embargo, con simples modificaciones, pueden ser transformados en poderosos módulos que pueden ser empleados en programas diseñados para investigación en análisis de sistemas de potencia.

 

El Prof. Francisco M. González-Longatt, advierte, que estas rutinas no son necesariamente las mas eficientes u optimas, y se agradece cualquier comentario o señalamiento sobre discrepancias en los resultados

YbusMaker V 2.0

YbusMaker es un programa desarrollado para la construcción de la matriz admitancia de barra. Es un m-file desarrollado en líneas de comando de Matlab, y que funciona en este ambiente.

 

Este programa solo construye la matriz de admitancia, de sistemas de transmisión, sin embargo, haciendo una modificación, se puede incluir las ramas shunt a referencia. Los datos de los enlaces del sistema de transmisión deben estar en por unidad ya sean especificados en impedancias o en admitancias.

Descargar YbusMaker (5.00 kB) MATLAB M-File

Descargar Manual de Usuario YbusMaker (25 kB)

 

ZbusMaker V 2.0

Se trata de un m-file que contiene un programa para construir paso a paso la Matriz Impedancia de Barra (Zbus), y que se denomina ZbusMaker V 2.00.

 

Se trata de un programa hecho en Matlab, por el Prof. Francisco M. González-Longatt, que permite construir paso a paso, empelando tres operaciones básicas. La idea de este programa es

Descargar ZbusMaker (6.90 kB) MATLAB M-File

Descargar Manual de Usuario ZbusMaker (8.9 kB)

 

ZbusIcc V 1.02

Es un programa desarrollado por el Prof. Francisco M. González-Longatt, escrito en un m-file de Matlab que permite efectuar el análisis de falla por cortocircuito trifásico; basado en el método matriz impedancia de barra (Zbus).

 

Resulta muy atractivo para la enseñanza debido a que permite ver paso a paso la construcción de la matriz de impedancia de barra.

 

ZbusIcc, trabaja bajo Matlab, y en este ambiente permite la entrada de los datos de barras y enlaces del sistema; trabaja completamente en por unidad, y además permite que los datos de un caso de estudio sean guardados.

 

Este programa presenta los resultados del análisis de falla en pantalla, permitiendo al usuario:

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Construir Matriz Impedancia de Barra: a partir de datos que entren por teclado o datos previamente cargados. Además posee la opción de que el usuario observe cada uno de los pasos de la construcción de la matriz impedancia de barra.

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Modificar Matriz; permite modificar los datos de entrada.

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Calcular corrientes de cortocircuito: permite el calculo de la corriente de falla por cortocircuito trifásico en una barra o en todos de manera simultanea.

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Perfil de Tensiones: permite el calculo en todas las barras del sistema considerando la condición de falla en una barra.

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Contribuciones de Corrientes: calcula la corriente que entregan las diferentes ramas de la red conectadas a referencia: generadores, motores, etc.

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Eliminar una línea: es capaz, de efectuar la operación de sacar de operación un elemento de rama, de tal modo que hace posible simular situaciones de contingencia; con lo que se modifica la topología del sistema.

Descargar ZbusIcc (13.3 kB) MATLAB M-File

Descargar Manual de Usuario ZbusIcc (16.2 kB)

 

 
 diapositivas

   Diapositivas de clases del curso
En esta sección se agrupan los documentos correspondientes a las transparencias empleadas en el curso:
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Presentación del Curso (221 kB)

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Capitulo 1: Introducción a los estudios de sistemas de potencia (267 kB)

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Capitulo 1: Calculo de corriente de cortocircuito (1.10 MB)

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Capitulo 1: Matriz Admitancia de Barra (230 kB)

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Capitulo 1: Transformador con Cambiador de Tomas (230 kB)

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Anexo 1.1: Operación Matriciales y Matrices en Sistemas de Potencia (190 kB)

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Anexo 1.2: Operación Matriciales y Matrices en Sistemas de Potencia (212 kB)

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Anexo 1.3: Matrices en SP y Calculo de Fallas (119 kB)

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Capitulo 2: Estabilidad: Definición y Clasificación (1.50 MB)

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Capitulo 2: Consideraciones Mecánicas y Ecuación de Oscilación (683 kB)

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Capitulo 2: Criterio de Áreas Iguales (859 kB)

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Capitulo 2: Limite de Estabilidad Transitoria (685 kB)

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Capitulo 2: Limite de Estabilidad Transitoria II (765 kB)

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Capitulo 2: Resolución de la Ecuación de Oscilación (993 kB)

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Capitulo 2: Métodos Numéricos (974 kB)

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Capitulo 2: Estabilidad Multi-Maquinas: Equivalentes (526 kB)

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Capitulo 2: Estabilidad Multi-Maquinas: Planteamiento (356 kB)

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Anexo 2.1: Criterio de Áreas Iguales. Perturbación aperiódica. Cambio de Potencia Eléctrica. (308 kB)

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Anexo 2.2: Métodos Numéricos (236 kB)

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Anexo 2.3: Resolución de la Ecuación de Oscilación (964 kB)

Programas en Matlab Empleados en el Anexo 2.4 :   

 
textos

  textos recomendados
viñeta GRAINGER, J.J. y Stevenson, W.D., Power System Analysis, Mc Graw Hill
viñeta HEYDT G. T., "Computer Analysis Methods for Power Systems", Mac Millan Publishing Company, 1986.
viñeta wOOD A.J. and Wollemberg B.F. "Power Generation and Control". John Wiley, Second edition 1996. ANDERSON P.M. and Fouad A.A. "Power System Control and Stability", The Iowa State University Press, 1977.
viñeta ARRILLAGA J. Arnold, C.P. and Harker B.J., "Computer Modeling of Electrical Power Systems", John Viley and Sons, 1984.
viñeta STAGG and El Abiad, A.H., Computer Methods in Power System Analysis, Mc Graw Hill.
viñeta GROSS C. A. "Power System Analysis", Ed. Prentice-Hall, 1986. BYERLY-Kimbark, "Power System Stability", IEEE Press.
viñeta HOMMER E. BROWN. Solution of Large Networks by Matrix Methods. Jhon Willey and Sons 
 
 
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