Archive for the ‘Baja Tensión’ Category
Hello estimados lectores. Esta microgrid si que está muy bonita 🙂 … No hay nada que hacer que quienes lo han diseñado y lo vienen estudiando, lo han hecho con el mejor gusto de ingeniería. Contiene muchos elementos que en un futuro próximo son potencialmente usados masivamente. Los sistemas de electrónica de potencia se hacen cada vez mas interesantes. surge la idea de que si es necesario que todo tenga que ser «electrónica de potencia», supongo que durante las investigaciones y desarrollo del equipamiento cosas nuevas se podrán determinar de tal manera que esto también sea un sistema que sea robusto ante fuertes pulsos electromagnéticos, ciber-seguridad, entre otros. No podemos ser «modernos» con tan sólo el criterio de que lo «electrónico» es lo moderno, hay que rescatar aquellas técnicas y elementos robustos del pasado que pueden brindar una muy alta fiabilidad. El bus de DC implica muchas aplicaciones tanto en el sector rural, industrial, comercial, residencial y hasta en cuestiones de emergencia, militar y en el sector aero-espacial (este último muy interesante para mí según mi experiencia en Mars Desert Research Station Crew 140 – Crew 141 [April – May 2014]).
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Creo que es una de las figuras que mejor representa la tendencia hacia lo que deben ser las microredes de energía, hecho por Pika Energy y que la comparto en un 100 %. Puedo tener diferentes formas de generación de electricidad, las cuales las puedo convertir en modo dc las que sean necesarias y por lo tanto, con el modo de transmisión en DC me permite muchas ventajas que la forma AC resultaría difícil e incluso costosa y con mucha requerimiento de equipo especializado tanto en máquinas como en personas. Pero si la forma de interconexión hacia los usuarios es un punto a debatir, considero que hasta la casa debe ir una alimentación en DC, interiormente debe tener su inversor. En cuanto a la conección con la red eléctrica externa, esta debe ser con un inversor de alta potencia necesaria para inyectar todo el sobrante a la red. En todo ello, numerosas simulaciones con análisis imaginarios y de campo son necesarios para ello.
NOTA: Dado que en mi país no tengo las instalaciones necesarias para hacer experimentación, sólo simulaciones en mi computadora personal, hago un llamado a profesionales, investigadores, estudiantes y universidades para poder trabajar en conjunto esta temática y así yo pueda concluir mi tesis doctoral con dos publicaciones internacionales incluido. Gracias a quien escriba a jorgemirez2002@gmail.com
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La figura muestra el caso de la separación de dos conductores en contacto y colocados horizontalmente, los cuales estan en contacto por presión horizontal. A ellos se les hace pasar una corriente que fluye continuamente hasta que se inicia la falla. La curva representa el voltaje que se establece durante la separación de los conductores y que en situación normal no crearía una diferencia de potencial, al final de la falla se observa que se establece el voltaje nominal de la fuente de alimentación del circuito de prueba. La corriente hace lo mismo, desde su valor nominal en funcionamiento normal, sufre una caída progresiva hasta que el arco se extingue y ya no hay flujo de energia entre los dos conductores separados. La figura muestra los resultados de un modelo experimental, sin embargo, se puede hacer simulaciones numéricas mediante métodos de series para entender el fenómeno de mejor manera.
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La presente entrada muestra una simulación que conlleva a calcular la duración media entre fallas. En un post anterior había mostrado durante un periodo de tiempo de 100 años como es que mediante aleatorios se determinaba que años había fallas y que años no. Después de cada falla, surge la necesidad de reparar el sistema, para ello las empresas eléctricas disponen de personal y equipo para minimizar el tiempo de inactividad de la red eléctrica, toda vez que ello representa dinero y malestar para el usuario. La gráfica muestra de manera aleatorio los tiempos de recuperación o de reconexión de la interrupción la cual esta simulado en Matlab de MathWork Inc. Pero he ahí no acaba todo, hay que realizar una sumatoria de todos los tiempos y luego dividirlos entre el número de interrupciones durante dicho período para determinar la duración media entre fallas, en que la unidad de medida es de horas/falla… Espero les guste.
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… to IEEE CWCAS 2014 in collaboration with my colombian colleagues
(URL: http://www.ieee.org.co/e.php?id2=22&id=15&t)
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Los fallos más frecuentes en una alimentación pública suelen ser:
• Variaciones y huecos de tensión
• Micro cortes
• Picos de voltaje, transitorios
• Interrupciones de corriente
Las perturbaciones más importantes que provienen de las cargas son:
• Cargas no lineales
• Armónicos
• Corrientes pulsantes
• Picos de carga, cortocircuitos
La calidad de un suministro de energía eléctrica se debe caracterizar por la fiabilidad y la calidad del voltaje. Al parecer un fallo de alimentación, por ejemplo un cortocircuito próximo al usuario, con caídas de tensión del 50 % o más, se debe acudir a otra vía de alimentación, separar la instalación de la red y garantizar el suministro eléctrico a las cargas sensibles. Las variaciones de frecuencia y fase en la red son poco frecuentes y causan menor perjuicio a las cargas, que las desviaciones del voltaje. Muchos procesos admiten un amplio rango de la frecuencia de alimentación, y sin embargo, son altamente sensibles a huecos de tensión, distorsión armónica en voltaje y transitorios.
La campaña de medición (UNIPEDE-DISDIP) realizada en 9 países europeos, analizó las causas y número de fallos de la alimentación en Media Tensión, en 10.000 usuarios. El resultado se muestra en la figura del presente post.
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La regla del amperio-hora para carga de las baterías de ácido-plomo es considerado como el más eficiente criterio de carga y que considera el tiempo de carga, con ello se logra una excelente performance de éste método para mantener la vida útil de la batería. Un ejemplo de esta aplicación es la que describimos en este post. Cuando la batería esta cargando, la corriente de carga Ic, el voltaje de carga Uc, la diferencia de potencial Eb entre la placa positiva y la placa negativa de la batería y el resistir interno Rb de la batería cumplen la ecuación descrita. Sólo cuando Uc > Eb la batería puede ser cargada. Durante la primera etapa, Eb es muy bajo, el voltaje Ub inicia con un pequeño valor, mientras la corriente permanece constante a un valor referencial, llamado: valor máximo de corriente. El set point de la corriente de carga está cerradamente relacionado con la capacidad de la batería. Cuando la diferencia de potencial de la batería gradualmente se incrementa, el voltaje de carga crece y con ello la batería puede ser cargada acorde a la ecuación mostrada. El segundo paso inicia cuando el voltaje de la batería alcanza cierto nivel, el cual es definido por las características de la carga, dependiendo de su capacidad y el número de celdas de la batería. Generalmente, esto es un 90% del total de la capacidad de carga de la batería. Durante esta fase, las variables de control actuán sobre la corriente y el voltaje. El voltaje se mantiene in cambiable en un mismo valor, mientras la corriente gradualmente decrece hasta el value set de la etapa inicial. El sistema de carga es por lo tanto muy complejo.
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Las baterías son sistemas de almacenamiento de energía en forma química que capturan el exceso de energía producida por las fuentes de energía renovables en el caso de una microred. Las ordenes de carga y descarga van condicionadas entre otras cosas por el voltaje adecuado de carga y por el nivel de voltaje suficiente que dar la orden de descarga. En ambos casos, un monitoreo continuo del estado del sistema se debe realizar, a fin de determinar el momento necesario para ello. También en los procesos de simulación se puede apreciar la intensidad de dichas corriente de carga y descarga y las potencias que involucra, esto sirve para determinar la capacidad de los conductores, el tamaño de las baterias y también las características particulares de la batería que lo hagan resistente a los procesos de carga y descarga. En la figura se observa lado izquierdo superior la orden para realizar la carga de la batería, y en la parte izquierda inferior, la orden binaria para proceder al proceso de descarga de la batería. Las curvas en la ventaja de la derecha lo pueden consultar en post anteriores, pero describe las diferentes variables involucradas en el funcionamiento de la batería. Esto ha sido simulado en Matlab/Simulink de MathWorks Inc.
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Este modelo ha ido mejorando en colaboración con colegas extranjeros, suena bien y vamos por buen camino… que sigamos progresando !! … están los componentes de la microgrid, esta es de corriente continua y alterna. Un escenario ha sido modelado a fin de ser considerado como estudio importante de un caso típico. La simulación se realiza en Matlab/Simulink de MathWorks Inc. El modelamiento se ha hecho en base a la literatura científica y libros de relevancia consultados….
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En las residencias o casas de campo se suelen utilizar sistemas aislados de capacidad suficiente para el domicilio. En muchos casos, el sistema consiste de paneles solares, un regulador, un sistema de almacenamiento de energía eléctrica mediante baterías (cualquiera que sea su tipo) y cargas eléctricas, en esta simulación se ha considerado una carga eléctrica constante que emula la iluminación que se enciende hacia el atardecer y se apaga con el alba. Durante el día se a asumido una radiación solar constante, sin embargo, esto se puede cargar data de campo para hacer el estudio más real. Este modelo es bastante simplificado y de base para estudios e investigaciones más avanzadas. Hecho en Matlab/Simulink de MathWorks Inc.
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Un proceso de simulación tiene que ver mucho con el adecuado criterio de los valores reales que como datos deben alimentar (ingresar) al programa a fin de que éste lo pueda procesar y obtener resultados fiables. En el caso de una red eléctrica normal o que sea microgrid, la magnitud del voltaje es algo que aparte de ser sencillo de medir (en el caso de AC mucho más fácil que en DC) es un dato importante de la condición de funcionamiento de la red eléctrica. El voltage varía aleatoriamente entre un rango considerado como válido por la normativa eléctrica de +/- 5%, sin embargo, dichos valores hacia arriba o hacia abajo, pueden determinar la condición de carga o descarga de una batería. La descarga estaría asociada a un proceso de compensar la pérdida de voltaje o suministro por demanda no atendida. El analizar los datos de performance son de hecho necesarios, es por ello que observan en la figura, una imagen de simulación de batería con varias salidas a forma de archivo de datos *.mat; ya con esos datos se puede trabajar en entorno Matlab, con más detalle y obtener comportamiento de mucho más variables …
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J637: Ejemplo de un sistema de gestión de energía inteligente y distribuido (DIEMS) en una microgrid
En esta entrada muestro un ejemplo de un DIEMS implementado en una microgrid de alta frecuencia. Para el pronóstico de las potencias entrantes y salientes lo han hecho mediante un red neuronal fuzzy. Con ello han podido optimizar los costos de operación. La optimización tiene que ver de todas formas con dinero. El tiempo de vida de la batería se ha extendido, eso es bueno, considerando que las baterías son elementos que en unos años hay que cambiarse y además son contaminantes. En la gráfica superior se nuestra el esquema de la microgrid de alta frecuencia (HFAC) y el DIEMS. En la parte inferior se dan a saber los resultados con o sin DIEMS: Es un tema muy interesante y se necesitaría muchos entradas para mostrar códigos y seudocódigos, pero los iré mostrando a pocos en el blog. Espero esto les sirva estimados cyberlectores.
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El papel es el de proveer un camino energéticamente favorable para la reacción. Cuando a un mismo sobrepotencial, una determinada reacción electroquímica ocurre con velocidades diferentes dependiendo del sustrato electródico, a este fenómeno se le da el nombre de electrocatálisis.
La electrocatálisis puede definirse como el estudio o la determinación de la cinética de una reacción en función de parámetros macroscópicos como potencial aplicado al electrodo, concentración y temperatura.
La electrocatálisis puede definirse como el estudio o la determinación de la cinética de una reacción en función de parámetros macroscópicos como potencial aplicado al electrodo, concentración y temperatura. La electrocatálisis constituye una fuente de información de las reacciones heterogéneas multielectrónicas que implican especies reactivas y productos que transfieren sus electrones en la interfaz electrodo (catalizador)/solución electrolítica (E/E). Otro sistema heterogéneo de importancia tecnológica es aquel que se forma una interfaz sólido/gas.
La electrocatálisis trata sobre reacciones entre las especies que se adsorben sobre la superficie del catalizador. El papel de la superfici electrocatalítica es de proveer un camino energéticamente favorable para la reacción. Naturalmente, con el fin de encontrar una explicación acerca de la actividad catalítica de las sustancias, es esencial examinar las propiedades de la superficie más que en el seno del material. La característica de un átomo en la superficie es que éste tiene menos átomos vecinos que el átomo en el interior o en el seno del material. Esta coordinación no-saturada es la razón por la cual las propiedades electrónicas y vibracionales y algunas veces las posiciones cristalográficas de los átomos en la superficie difieren de la de los átomos en el seno del material. Por otro lado, las palabras activación y superficie del electrodo son términos muy usuales e inexactos que involucran un trabajo experimental y teórico a nivel molecular y/o atómico. La reacción con los sitios de superficie y su reactividad hacia el aducto en la interfaz E/E, puede dar lugar a la formación de complejo(s) de superficie.
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
Group of Mathematical Modeling and Numerical Simulation (GMMNS).
Universidad Nacional de Ingeniería. Lima, Perú.
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Se tiene que la energía es la integral de la potencia en el tiempo, o mejor dicho, el área debajo de la curva de potencia durante el período de análisis. Esta forma de operación es sencilla y bastante operativa más aun si se tiene a la mano una tabla de integrales para todas las expresiones posibles de p(t) que uno se pueda imaginar y que quizás la memoria no recuerda como es la solución de alguna integral.
Pero si vemos que el voltaje era la energía que ingresa o sale de un paquete de cargas electricas (v=dw/dq) y la corriente es el cambio de la carta eléctrica que se desplaza entre dos instantes de comparación (i=di/dt). Entonces los valores que podemos determinar mediante mediciones son el voltage (voltímetro), corriente (amperímetro) y watímetro (potencia) [o lo que haga sus veces en experimentos más complicados], con ellos se puede calcular mediante un proceso inverso tanto la carga que se transporta como la energía involucrada en tal proceso, ideal por supuesto. Hay pérdidas en la transmisión, es cierto, como también lo hay casos más complicados en que la transferencia de cargas ya no es unidimencional sino en 2D ó 3D y por lo tanto se hace necesario calcular estas cosas para mejor comprender un fenómeno. Pos os dejo con este caso de 1D que os espero sirva y motive.
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Estimados lectores, esta microgrid fue presentada en un evento en el 2012 al cual he tenido acceso. Tienen ahi las figuras de las partes mas descriptivas: el emplazamiento y los equipos utilizados.
En primer el emplazamiento se puede inducir que está en un zona de viento y sol, cerca al mar, en donde durante el dia iniciar y la noche, hay corrientes de aire por las diferencias de temperatura que se dan entre tierra y mar. Es de ver tambien, las distancias que se tienen tanto entre las cargas como entre las instalaciones de solar y motor diesel. La temperatura juega un factor importante en la eficiencia tanto de la producción de energía por celdas solares (las ecuaciones que describen una celda solar contemplan a la temperatura como una variable) y la eólica (no considerado en este tema) los cuales han sido descritos en anteriores posts. Se observa que la configuración de la microgrid es clásica, es decir: de tipo árbol, alterno (por lo tanto: hay que sincronizar) y con medianas cargas.
El segundo asunto son los equipos. Siendo esta una instalación experimental y demostrativa, se observa equipos de electrónica de potencia, baterías y cosas adicionales. En muchas publicaciones se describe los progresos en el diseño e innovación de cada uno de estos equipos y lo mismo de la generación, procesamiento y recolección de señales. Una de las partes importantes, no sólo es la configuración estable, sino la transitoria y que es a donde se centran los estudios. No sólo la transitoria por falla del sistema, sino la transitoria generada por la operación del sistema, lo cuales suceden en mayor cantidad, y si no se hace el cálculo adecuado o simulaciones del caso, se puede perder estabilidad y por lo tanto, el colapso del sistema.
Se entiende que este como otros es un gran esfuerzo, sea poca carga o mucha carga ayuda a estudiar posibles escenarios o probar y desarrollar estrategias para atender mas complicadas situaciones…
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Celdas de combustible tienen la perspectiva de ser cada vez más utilizadas en reemplazo de los combustibles fósiles en las unidades de transporte… el presente curva de una celda de combustible que utiliza hidrógeno (proviente de agua) como elemento de trabajo. Estas simulaciones pueden ser usadas en estudios y luego ser comparadas con los experimentos, si es que ya se tiene la celda de combustible o en caso se estén desarrollando los materiales para tal fin.
En las gráficas se presentan todas las condiciones de funcionamiento posibles. la separación entre puntos dan a saber la rapidez de cambio de la variable al cambiar la densidad de corriente. Tiene un parecido al de la celda fotovoltaica en la curva de potencia, con un máximo pico de entrega de potencia.
Las celdas de combustible son un buen tema a desarrollar, lo pueden hacer e interesante desarrollar modelos computacionales de celdas de combustible en las universidades y cenros de investigación. Quizás otros tipos de celdas de combustible se pueden desarrollar y por lo tanto, el código se tendrá que modificar en algo para adaptarse a ese nuevo material.
Hecho en Matlab, luego de numerosos intentos y os espero sirva de mucho.
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Datos Generales
Good day. My full name is Jorge Luis MIREZ TARRILLO.
I am Peruvian and live in Lima, capital of Perú in South America.I am Mechanical Electrical Engineering, MSc Physics and Dr. Physics (title doctoral thesis: Control, Optimization, and Management of Microgrid Current Direct)
Too, actually job as Principal Professor in Faculty of Oil, Gas and Petrochemical Engineering of Universidad Nacional de Ingeniería (National University of Engineering) in Lima – PERU (Courses: Modern Physics, Differential Equations and Research's Methodology)
My subjects of my interest are control, signal processing, optimization, simulation, biomedical research, smart grid, microgrid, water.
I have experience in Matlab/Simulink programming, biomedical equipment, electrical systems, renewable energies, microgrids, saturated steam systems 100 psi and organizing academic events.
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