Archive for the ‘Battery’ Category

Block diagram of an MSD Gsystem with battery storage

Hola a todos, espero que les sirva cada post del presente Blog. En la figura se observa dos formas de conexión eléctrica de una fuente de almacenamiento a una micro-fuente en una microred. La primera es una configuración sin regulación del flujo de corriente en DC, es decir, se carga y descarga según el voltaje que se presente en tiempo real sin que algún elemento tome acción de control. El segundo esquema (el de la derecha) es una configuración con el bus de DC regulable, es decir, hay un monitoreo y control por medio de un convertidor dc/dc de la carga y descarga de la batería, de esta manera se optimiza y hace un mejor uso de la energía eléctrica, dado que este sistema está integrado con otros equipos sean cargas o microfuentes como parte de una microred o una multi-microgrid. Bus DC que cada vez va tomando importancia dentro de los sistemas eléctricos dado que va enlazado funcionalmente con la persencia de equipos de electrónica de potencia.


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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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charge process of a battery lead-acid with anormal conditions for evaluation of charge resistence

charge process of a battery lead-acid with anormal conditions for evaluation of charge resistence [Jorge Mírez http://jmirez.wordpress.com ]

En las baterías de plomo – ácido se considera que si su capacidad está al 80% de su valor nominal, la batería está «descargada». Descargas más profundas dañan la batería. Lo mismo sucede cuando se realiza el proceso de carga. La figura lo visualiza todo y para ello he podido colocar los códigos del caso para mejor comprensión, dado que la finalidad del blog es dejar legado y compartir conocimiento para la mejor comprensión de las energías renovables y dar un granito de arena para su desarrollo en pos de un planeta mas verde para las futuras generaciones. Entonces, partimos desde un 80% y va cargando la batería, entonces se va acumulando energía, la resistencia va modificándose llevando consigo la visualización de la energía gastada para almacenar parte de la energía eléctrica suministrada. Pero llega a un máximo posible recomendado por todo fabricante y lo usual es que no nos pasemos de dicho valor. Sin embargo, si logramos pasarnos, surge que la resistencia sufre un brusco cambio y se vuelve negativa, es decir, en vez de oponerse, facilita el tránsito de energía eléctrica, pero tránsito hacia donde caballero?… Pues está encajonado el líquido electrolítico y dado que se tiene es un campo eléctrico actuando sobre un sistema de electrolito y láminas de cobre, surge procesos como el burbujeo en el que la energía sobrante ya no se almacena, más bien rompe los enlaces en líquido y placas para descomponer el sistema. Una batería no debería perder líquido teóricamente, funcionalmente la pierde dado la característica propia de la temperatura de ser una variable estadística, pero los tiempos deben ser bastante prolongados para el rellenado del electrolito, un protocolo de pruebas puede servir para determinar según los regímenes de trabajo cada cuanto tiempo se debe rellenar el electrolito o de manera inversa, las baterías deberían tener un sistema de aviso que necesita ya rellenar, entonces con un registro de tiempo y una tabla obtenida de los experimentos propuestos, podemos inferir a que régimen de trabajo aproximado o promedio ha estado sometida la batería. Hecho en Matlab/Simulink y si deseas postearlo o utilizarlo, favor hagan la referencia a este blog y a mi persona… es lo mínimo a pedir dado que les comparto mediante este blog estas simulaciones.


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DERs with different control strategies

  1. DERs grid-forming: Estas unidades son la columna vertebral de las microgrids. Siendo responsable de mantener estable las condiciones del sistema de potencia, estas unidades constantemente hacen control de frecuencia y voltaje tener a tono los sistemas de generación y la demanda. Estas unidades pueden ser convencionales generadores síncronos o Inversores de Fuente de Voltaje (VSI) con almacenamiento de baterías.
  2. DERs grid-supporting: Unidades controlables (despachables) los cuales son dependientes del voltaje y frecuencia del bus. Estas unidades pueden ser de almacenamiento (volantes de inercia, baterías, almacenamiento térmico) o generadores cuyos principal recursos son despachables (celdas de combustible, micro turbinas, etc).
  3. DERs grid-following: Generadores no controlables. Estas unidades son frecuentemente diseñados para maximizar su salida por medio de Seguidores de Punto de Máxima Potencia (MPPT). Ellos no realizan control de frecuencia y voltaje en su PCC, en su lugar, ellos “siguen” la señal de voltaje y frecuencia y actúan como una fuente de corriente. La principal guía para esta estrategia de control es la incertidumbre de la fuente de energía primaria de estas tecnologías. Algunos ejemplos son las celdas fotovoltaicas y las pequeñas turbinas eólicas.

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Solar PV as intermittent DG within power quality environment

Este sistema suministra energía complementaria en el mismo lugar de consumo de energía. Es lo usual que se puede ver en muchas aplicaciones, en el que el inversor hace seguimiento de la onda senoidal que ingresa desde la red eléctrica externa a través del transformador. Los requerimientos de calidad de energía son locales e idealmente no habría alguna desconexión de la red externa


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The DC microgrid based on modular PV generation system

Un bus de DC acoplado mediante un conversor bidireccional DC/AC a la AC red externa de electricidad es el núcleo de la arquitectura eléctrica de la microred mostrada en la figura. El sistema de generación fotovoltaica modular es el elemento clave en esta microgrid DC, el cual consiste en tres convertidores DC/DC con un diseño modular y de la misma capacidad. Estos convertidores modulares transfieren la potencia generada por la planta PV hacia el bus DC. La batería cuenta con un convertidor bidireccional DC/DC el cual es usado para balancear la diferencia de potencia entre la potencia PV suministrada y la consumida por las cargas locales en modo aislado. Lo mostrado en la figura es considerado como un caso típico de microred (microgrid DC) con sistemas de energía renovables.


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Links between energy carriers and energy converters in the future sustainable energy system

En un futuro el sol es de hecho la fuente de energía primaria. La cantidad de energía solar que incide sobre la Tierra es muchas veces la cantidad actual de energía que necesitamos cada año. Sólo una pequeña fracción de la superficie del Desierto del Sahara puede suministrar todas las necesidades energéticas del planeta. De la interacción del Sol con el planeta surgen el viento, las olas y la biomasa que usando las tecnologías y equipos adecuados se logra captar y convertir esa energía primaria para ser usada en forma de electricidad y calor. El excedente requiere así mismo de formas de almacenamiento que permita también la posibilidad de usarlo cuando no exista generación de calor o electricidad. La figura muestra los múltiples enlaces entre ellas. Cada uno puede pensar de la forma como pueden interactuar y recrear diferentes escenarios de estudio….


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Schematic of a typical wind diesel hybrid system with storage

El término sistema híbrido de energía se refiere a aquellas aplicaciones en el cual múltiples dispositivos de conversión de energía son usados para lograr suministrar un requerimiento de energía. Estos sistemas son frecuentemente usados en aplicaciones aisladas y normalmente incluye al menos una fuente de energía renovable en la configuración. Sistemas hídridos de energía son usados como una alternativa a los sistemas convencionales, los cuales típicamente son basados sobre una única fuente de combustible fósil. Sistemas híbridos pueden también ser usadas como parte de las aplicaciones de generación distribuida en redes de electricidad convencionales.

En la figura uno de los sistemas renovables híbridos más comunes implementados y estudiados hasta que se describe en el presente día..


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Microsource_diagram

La figura muestra los detalles de cada fuente. La potencia es proveída por una fuente de voltaje DC. Este suministro es una excelente emulación de un sistema de microturbina o celdas de combustibles con almacenamiento sobre el bus DC. En los terminales AC del inversor hay un filtro LC para atrapar los componentes en la frecuencia de switching (suitcheo). El tamaño del transformador e inductor son dimensionados para asegurar que el ángulo de voltaje a través de la inductancia es 10° a potencia nominal. El control es digitalmente implementado en un DSP (Procesador Digital de Señales) para manejar el comportamiento del inversor. La medición del flujo de corriente es usado en la opción de control de flujo de alimentador. Notar que la medición de la corriente inyectada por la unidad es necesario también durante el control de flujo de alimentador dado que ello es usado para calcular la potencia reactiva Q y la potencia activa P para cumplir sus límites.


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Diapositiva1 Diapositiva2 Diapositiva3 Diapositiva4 Diapositiva5 Diapositiva6 Diapositiva7 Diapositiva8 Diapositiva9 Diapositiva10 Diapositiva11 Diapositiva12 Diapositiva13 Diapositiva14 Diapositiva15 Diapositiva16 Diapositiva17 Diapositiva18 Diapositiva19 Diapositiva20 Diapositiva21 Diapositiva22 Diapositiva23 Diapositiva24 Diapositiva25 Diapositiva26 Diapositiva27 Diapositiva28 Diapositiva29 Diapositiva30


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relationship_between_cell_emf_and_heat_contant_change

En una batería de plomo ácido, bueno casi todos los que hemos podido interactuar con ellas, nos hemos dado cuenta que a medida que está más cargada, la batería genera más calor (o se calienta más) durante un proceso de descarga, dado que tiene más potencial eléctrico que usar para entregar parte de la energía contenida. Eso se muestra de manera más técnica en la imagen del presente post, indicando ahí que a mayor emf (fuerza electromotriz) en cambio de cambio de contenido de calor que se da es mayor, incluso que la relación entre ellas es lineal. Esto sirve mucho para sistemas grandes en que se quiere determinar la condición del sistema por medio de instrumentos de medición. El modelo matemático lo tiene y puede ser modelado en Matlab/Simulink


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effect_of_sulphuric_acid_on_thermodinamic_cell_emf

Estamos hablando en esta parte de baterías ácido-plomo, en ellas la concentración de ácido sulfúrico es la que determina la actividad química de las reacciones y por lo tanto las variables marco como la efm. Sin embargo, y como se puede observar en la figura, la variación de la temperatura no implica un mayor cambio en la emf (fuerza electromotriz) de la celda (o célula) de batería. Obvio que las temperaturas deben estar en los límites tolerables de capacidad de funcionamiento de la batería y estabilidad de la sustancia acuosa (agua con ácido sulfúrico). Tiene ecuaciones que describen todo este proceso y que se pueden hacer en un entorno de Matlab/Simulink para hacer simulaciones.


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Link:

http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?reload=true&tp=&arnumber=6994607&queryText%3DEnergy+management+of+distributed+resources+in+microgrids

The rapid increase in the integration of distributed resources such as distributed generation (DG), demand response (DR) and electricity storage (ES) requires management schemes to integratedistributed resources into low and medium electricity networks. Energy management represents a challenge for operation of electric grids when distributed resources are merged into the network. This paper address the energy management of distributes resources considering a complete characterization of them. The feasibility of those resources is considered into a microgrid model, so, thedistributed resources are integrated through of a microgrid. This paper proposes the integration ofdistributed resources using a microgrid concept because there are relevant advantages of this model. The operational advantages are evident from the results. The results show how effectively differentenergy resources can be managed into the grid in the most efficient way.

Published in:

Circuits and Systems (CWCAS), 2014 IEEE 5th Colombian Workshop on

Date of Conference:

16-17 Oct. 2014

 publicacion


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Para algún día ser Premios Nóbel, seis ingredientes fundamentales: mucha curiosidad, una educación de base sólida, un buen mentor, un lugar donde se esté desarrollando ciencia de buen nivel y, sobre todo, una forma de pensar poco convencional

condiciones_para_obtener_premio_nobel

«El Dr. Norrby comentó a los estudiantes de nuestro campus que para algún día ser Premios Nobel, no deben olvidar seis ingredientes fundamentales: mucha curiosidad por explicar ciertos fenómenos, una educación de base sólida, un buen mentor [alguien que te clarifique el camino y esté al tanto de lo que sucede en el mundo, de la importancia de tal o cual investigación en beneficio de la humanidad… tan importante es tener un buen mentor], un lugar donde se esté desarrollando ciencia de buen nivel,  experimentos fuera de serie que rompan paradigmas en una rama que los intrigue y, sobre todo, una forma de pensar poco convencional».

Estimados (gentlement) lo comparto porque lo veo importante… muy importante lo diría si uno se fija en lo que sugiere el entrevistado y la realidad universitaria.

Fuente: http://www2.ccm.itesm.mx/sites/ccm.itesm.mx.talentotec/files/historico/talentotec055.pdf

 

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primary_energy_energy_conversion_energy_storage_and_transmission_end_use_of_energy

Este es un post importanet en que se muestra en el enlace entre los diferentes formas de transporte y conversión de energía en el futuro sistema de energía sostenible. El sol es la fuente de energía primaria. La electricidad y varias formas de formas de celdas de combustible sintéticamente preparados son predominantes como portadores de energía y una variedad de tecnologías de conversión van a ser requeridas. Se muestra aparte de la energía primaria… las formas de tecnologías relacionadas a la conversion, almacenamiento y transmisión; así como también al uso final de la energía. Toda este flujo nos permite visualizar la tendencia tecnológica, lo que para fines de investigación orienta que temas son más prioritarios que otros.


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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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dc_micro_grid_system_with_ultracapacitor_electric_vehicle

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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design_of_the_entire_system_microgrid

Las microgrids (micro redes de energía eléctrica y de calor) con potencias involucradas de hasta 10 MVA. pueden tener diferentes diseños. Su definición involucra que se pueden utilizar tecnologías desarrolladas localmente y eso es muy importante, dado que localmente se pueden desarrollar y construir equipos tanto de generación y de almacenamiento. En el presente se tiene un sistema común de almacenamiento de energía que está conectado al bus de ac que alimenta dos bloques de mini-microgrid conectados a un convertidor ac-dc. Cada bloque cuenta con diferentes fuentes de generación eléctrica (viento en un una y solar en otra). El PCC significa el punto de común acoplamiento. Diferentes diseños de microgrids son desarrollados, simulados y/o probados en diferentes universidades, institutos y empresas alrededor del mundo.


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microgrid_operation_of_inlanded_operation

En la siguiente figura se muestra un ejemplo de una microgrid funcionando en modo aislado, es decir, que no tiene conexión activa con la red eléctrica externa. La microgrid utiliza sus propios recursos en fuentes de generación y almacenamiento para suplir con energía eléctrica (y calor en un caso más general) a las cargas eléctricas conectadas en sus circuitos. Lo interesante de todo es remalcar que tanto en el dimensionamiento de fuentes y conductores prima mucha importancia los escenarios considerados de carga a fin de que estos estén acorde a la necesidad real. Otra cosa adicional, es la cuestión que microgrid pueden estar dispersas en una zona geográfica y que bien pueden interconectarse a fin de suplir a una microgrid vecina con energía faltante. Todo esto es un interesante campo de estudio. Mi email para comunicación: jorgemirez2002@gmail.com


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microgrid_operation_of_grid_tried_mode

Hola lectores, la figura que presento en este post es un ejemplo de flujo de energía (entrante/saliente) de cada elemento que conforman una microgrid DC en su modo conectado a la red eléctrica externa, es decir, que el punto de común acoplamiento (PCC) entre microgrid (micro-red) y red eléctrica externa es bidireccional, permite la entrada (compra) de energía y salida (venta) de energía desde el propietario de la microgrid. Nuevos elementos se han considerado en este ejemplo como son los super-capacitadores y los elementos de generación distribuida que puede implicar diferentes formas y técnicas de generación de electricidad. Todo esto se puede modelar matemáticamente y simulaciones en software de alto nivel como Matlab/Simulink. En lo personal ya venía realizando todo esto, quizás de una manera lejos de la forma de las gráficas tan bonitas como se pueden ver, pero continuaré en ello. El camino se va cada vez más clarificando. Aún así la cooperación académica es importante y es bievenida siempre.


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a_smarter_approach_dc_microgrid

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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