Archive for the ‘Electrónica de Potencia’ Category
Estos tipos de generadores usan la conmutación de los convertidores de electrónica de potencia para transformar la energía almacenada o en tránsito. Las eficiencias de estos dispositivos están en el rango de entre 90 % y 98 % dependiendo de la tecnología usada y condiciones de operación. Comunes aplicaciones son para almacenamiento de baterías, inversores fotovoltaicos o dondequiera una conversión de potencia es necesario. La figura muestra la general estructura de un inversor electrónico de potencia híbrido conectado a una microgrid…
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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La figura se muestra una curva de eficiencia del funcionamiento de un inversor monofásico de 10 kW de capacidad nominal. Vemos que hay una reducción en la eficiencia a baja capacidad. Una visión que es parecida a los de las máquinas de combustión interna y similares que cuando funcionan a baja capacidad se empeoran sus características de funcionamiento. Es la modernidad de que cada inversor cuente con un dataloger de almacenamiento de datos interno de al menos tres meses para que el usuario pueda ver como ha sido el funcionamiento del inversor. Tres meses que son aproximadamente la época de invierno crudo en Norteamérica y Europa extremo en que desplazarse puede ser difícil. Eso es lo mínimo puesto que una conexión a PC remota y otras cosas más modernas son posibles ahora.
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Se muestra en la figura un inversor monofásico, con varias entradas monofásicas provenientes desde módulos (paneles) solares fotovoltaicos. El equipo cuenta adicionalmente con protecciones de: polarización inversa, sobretensiones en la entrada y la salida mediante descargadores tipo 3, cortocircuitos y sobrecargas en la salida, fallo del aislamiento, anti-isla con desconexión automática, que es lo mínimo a solicitarse para una instalación.
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Los bancos de condensadores son muy usados para corregir el factor de potencia inyectando energía reactiva al circuito al que está conectado (y por ende a la red) La gráfica muestra en colores los condensadores que tiene un banco de condensadores, son cinco. Ademas se observa el acumulado de la conexión de los condensadores y la potencia reactiva solicitada. Se debe mantener siempre el factor de potencia por debajo de 1, dado que puede ser causa de resonancia y presencia por lo tanto de transitorios perjudiciales al sistema eléctrico. El gestor de control elaborado en Matlab lo que permite es en función de la potencia reactiva solicita, determinar que conexiones son las necesarias de entre los condensadores disponibles a fin de lograr el mejor factor de potencia. El eje horizontal esta numerado en tiempo discreto, el cual se puede ajustar a cualquier tiempo de muestreo. También se puede añadir a un código de estos, cuestiones de predicción, gestión de número de ciclos de uso por condensador (para no envejecer a algunos con exceso de ciclaje), entre otras perspectivas. Estos 10 ciclos pueden ser 10 segundos, 10 minutos, 10 ciclos de 5 minutos, en fin… Os dejo con esto, espero les sirva, y les motive hacia los procesos de modelamiento y simulación.
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Este esquema que se muestra en la figura es una alternativa configuración para CHP o celdas de combustible (CHP – generación de calor y energía eléctrica). El sistema CHP opera en paralelo con la red eléctrica para proveer electricidad y energía térmica de bajo costo. El sistema (generador, controles, etc) necesidad ser especialmente diseñados para operación durante salidas de la red para proteger a las cargas prioritarias.
Como se puede ver en la figura, lo diferencia con el post anterior, es que la electrónica se sitúa sobre un conjunto de cargas priorizadas las que son alimentadas en caso de cualquier pertubación (salida del suministro), en cambio, las cargas no priorizadas se quedan sin electricidad.
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Un típico sistema de generación distribuida (DG) secundario con soporte de calidad de potencia se muestra en la figura. Usa almacenamiento de energía para proteger de cortes de corta duración. También provee protección a las cargas de fluctuaciones de voltaje momentaneas y de corta duración por sistemas de control sofisticados. El almacenamiento de energía on-site es usado para que en caso de que falle la red estos puedan suministrar energía mientras el generador arranque. Sofisticados interruptores estáticos y controles previenen a las cargas detectando cualquier cambio que se pueda producir en la red eléctrica externa, fuente de generación distribuida secundaria y la que se encuentre en standbye.
Este esquema de configuración es normalmente usado para cargas sensibles a la calidad de la potencia usando UPS con baterías y generadores en standbye. La redundancia del sistema es necesario para aplicaciones altamente sensibles. También en algunos casos lo usan para cubrir parte de las cargas picos que se presentan durante el día.
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Un generador en standbye resguarda las cargas de largos períodos sin servicio de electricidad como se muestra en la figura.El generador esta conectado a las cargas a través de un interruptor de transferencia automático (automatic transfer switch – ATS). El controlador lógico automáticamente sensa cualquier corte de la red y cambia con la carga conectada a través del ATS hacia el generador a quien ordena arrancar.
Un típico generador diesel demora 10 segundos para suministrar potencia a las cargas. Las cargas son priorizadas para mantener la continuidad del suministro hacia las cargas prioritarias sin que se sobrecargue el generador. Sin embargo, este esquema no es efectivo para los usuarios sensibles hacia calidad de potencia en cortos períodos. Existe ahora la tendencia hacia generadores de combustible alternativo amigables con el medio ambiente con sofisticada electrónica que puede ser ampliamente usado en este esquema.
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En la presente, se muestra una microred a la que intencionalmente se está colocando en modo de funcionamiento aislado. Puede ser que el generador distribuido (DG) hace la labor de planta bulck – planta base en el diagrama de curva, y los condensador (supercondensadores) hacen su labor de carga durante las horas en que hay exceso de energía producida y vierten la energía almacenada en los momentos de consumo pico que se necesitan. Es de mencionar, que los generadores tienen una capacidad nominal a partir del cual la producción de electricidad es rentable y puede ser mayor a la demanda, por lo tanto, se puede exigir más de lo que de la demanda lo solicita y almacenarse en una fuente de almacenamiento. Modelable y simulable en entorno de alto nivel como Matlab/Simulink que es a lo que me dedico y gustoso de servir y/o trabajar en sus investigación o hacer cooperación pro proyectos o publicaciones.
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En el presente post se muestra un ejemplo de una microred que está trabajando en modo interconectada con la red externa de electricidad. La curva de potencia se ve que hay el aporte de dos generadores: la salida del generador de generación distribuida que sería un CHP permite construir en bloques un aproximado del perfil de la demanda eléctrica, y a través del inversor se ingresa desde la red externa de electricidad la energía necesaria para completar y cubrir las necesidades de los usuarios. Esto se puede modelar y simular en software de alto nivel,… es lo que hago
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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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Muchos sistemas híbridos, especialmente los más complejos, tienen un controlador supervisor para asegurar la propia operación de todos los dispositivos dentro del sistema. Las posibles funciones de un controlador supervisor son ilustradas en la figura.
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J777: Diálogo entre productores y consumidores para el suministro de energía bajo precios cambiantes
Nuestros sistemas eléctricos en América Latina son regularizados, es decir, hay una institución privada o del Estado o público/privada, que regula los precios cada cierto tiempo. En Perú es cada 6 meses aproximadamente. No tenemos generación distribución en media ni en baja tensión, es decir, paneles solares o aerogeneradores o cualquier otra fuente de energía renovable que produce electricidad o calor dentro de la propiedad del usuario final del sistema eléctrico (cliente). Con ello este cliente se convierte en productor y puede vende la energía sobrante a la red. Aún no existe la normativa, por estas épocas (Mayo 2015) se busca hacer un marco normativo, aunque yo busqué participar en el Ministerio de Energía y Minas de Perú, exigen perfiles profesionales no posibles para el autor-administrador de este blog. Bueno, los clientes dado que han hecho su inversión tienen un producto a un precio de venta, y ese precio, lo tienen que comunicar a la empresa para tranzar el negocio. Por lo tanto, usando los medios informáticos, los equipos electrónicos de control/medición se comunican entre sí intercambiando información para decisión, registro, control, optimización y predicción en el funcionamiento de la red eléctrica… A las instituciones públicas o empresas que deseen trabajar sobre la temática incluyen soluciones de autoabastecimiento de energía, me comunican….
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El día de hoy martes 12 de mayo del 2015, he visitado la Planta de la Empresa Peruana ELECIN. Me he llevado una muy buena impresión de la calidad de sus trabajos en seccionadores, celdas modulares, subestaciones y productos especiales. Productos robustos, fiables y muchos años de experiencia en realidades nacionales, de la región andina y países del primer mundo es la lógica consecuencia de una alta calidad en el diseño, proceso de manufacturas, instalación y puesta a punto. En mi experiencia son productos que recomiendo adquirir, hay capacidad de atender soluciones personalizadas y los ejemplos que he tenido a la vista son suficiente para dar a saber su alta destreza y capacidad de ingeniería. A continuación muestro un catálogo de sus productos y cuando llamen o escriban a la empresa díganles «Recomendado por el Ing. Jorge Mírez»
Página web de ELECIN –> http://www.elecinperu.com/
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Las redes de electricidad autónomas (AEN = Autonomous Electricity Network) llevan consigo tres tipos de control, según propuesta leída en la literatura científica. Un control primario que hace básicamente lo que la técnica de control droop lo permite y lo que busca es asegurar la fiabilidad de la potencia suministrada por la unidad de control de la fuente de Energia Distribuida (DER). El control secundario asegura que la desviación del voltaje promedio y la frecuencia es regulado hacia cero desde de cada cambio en la carga o en el suministro. El control terciario permite la operación en un óptimo económico, procurando conseguir que, en cuanto a límites de potencia sea permitido, todas las unidades DER intercambien potencia a igual costo marginal. En contraste con control primario que opera sin comunicaciones, tanto el control secundario y terciario son implementados usando comunicaciones entre las unidades DER.
En algunas entradas anteriores he presentado modelos en Matlab/Simulink que muestras resultados del control secundario y terciario.
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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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El Concepto de CERTS (Consorcio para Soluciones de Tecnología de Fiabilidad Eléctrica) ha sido implementada bajo una configuración de hardware de concepto a prueba en la Universidad de Wisconsin-Madinson en los Estados Unidos de América. La microred cuenta con dos fuentes, cinco conjuntos de cargas trifásicas y un interruptor estático que permite la conexión a la grid. La figura muestra la disposición de los componentes. Notar que hay 100 yardas de cable entre las fuentes para mejor captura de la caída de voltaje que normalmente existe en los alimentadores. Esto me está permitiendo mejorar mi apreciación de las microredes y mejorar los modelos computacionales que realizo bajo Matlab/Simulink, esta experiencia me sirve también para extenderme en aplicaciones a otros campos de la ciencia e ingeniería.
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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 ha hecho un estudio de tal manera que se vean si podemos hasta el 2030 dejar de emitir un 50% de las emisiones que se realizaban hacia el 2002. Implica esto de decisiones importantes tanto en lo político como en la industria, así como en los mercados principalmente de aquellos con grandes consumos de energía (países desarrollados y en desarrollo…. [Perú no cuenta a las justas ni llegamos a 10 GW de capacidad instalada, por lo tanto, no somos un país en vías de desarrollo]) … Hay un fuerte impulso en lo que son las renovables, pero la cantidad de MW involucrados es de considerar. Recientemente leí una noticia que Dinamarca había logrado el 40% de consumo a partir de renovables (en Perú se dice que las renovables no pueden implementar debido a que causa inestabilidad en el sistema, obvio con un sistema eléctrico nada robusto eso es posible… por lo tanto, debe haber políticas para incrementar el consumo de energía eléctrica y propiciar las plantas de energía renovable de muchos MW). Por lo tanto, se es necesario estar al tanto de la tecnología y aportar en lo posible para que esto prospere, lo mismo en construcciones más eficientes y tecnologías (nuevas o existentes) que se pueden usar en la industria. De hecho, para lograr esta curva, los investigadores (bastante técnicos y no burocráticos) han tenido un sano criterio y juicio de comprender la actualidad energética y sus variables para hacer estas simulaciones.
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«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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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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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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