Archive for the ‘Microgrid DC’ Category
Enlace Parte 1: https://youtu.be/4k7BPpdO_H0
Enlace Parte 2: https://youtu.be/St4dRPdZG_k
Comparto con Uds. la presente filmación de la conferencia organizada por la Rama Estudiantil de la IEEE – Sociedad de Potencia de la Universidad Nacional de Ingeniería en Lima, Perú, y con el agradecimiento de las personas todas desde antes hasta la fecha que hicieron posible esto…
Atte: Jorge Mírez – UNI – PERU
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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TEMARIO:
Energías renovables
Concepto
Los tipos de energías renovables
Tecnologías en cada tipo
Modelamiento simulación de c/tecnología
Impacto en la sociedad
Impacto en la industria
Impacto en la universidad
Generación distribuida
Concepto
Esquemas de conexión eléctrica
Esquemas de control
Esquemas de gestión
Esquemas de optimización
Modelamiento y simulación c/caso
Microredes
Concepto
Esquemas generales
Modos de funcionamiento
Partes
Esquemas de conexión eléctrica
Esquemas de control
Esquemas de gestión
Esquemas de optimización
Microredes modelo en el mundo
MicroRed CEDER
Modelamiento y simulación de casos
Será una conferencia en la que podré hablar de lo que son las energías renovables, sus diferentes tecnologías, modelamiento y simulaciones de turbinas eólicas, paneles solares, baterías, concentradores cilíndricos parabólicos, turbinas submarinas, unidades de control de potencia y corriente, despacho, entre otras cosas. Luego la generación distribuida y las microredes, en la que hay diferentes modelos computacionales que se he hecho en Matlab/Simulink a mostrarles. Conversaremos de la importancia de las renovables y el reto que nos asume el poder conocer, comprender y aportar a este campo de la ingeniería con mucho interés en la industria. Experiencias tanto en Perú como en pasantías en el exterior serán compartidas en una reunión de aproximadamente dos horas y que con gusto estaré apto para responder preguntar e iniciar cooperación académica sea con las universidades o empresas. Sean bienvenidos a la Universidad Nacional de Ingeniería en Lima – PERU a quienes nos visiten de provincia y del exterior. La conferencia es libre y pueden asistir estudiantes, profesionales y público en general de cualquier instituto, universidad, centro de investigación y ciudad. Hay un enlace de inscripción y también para quienes deseen una certificación. Los costos de certificación serán para fortalecer las actividades de la Rama IEEE PES UNI con quienes tengo el agrado de que hayan organizado esta conferencia. Les esperamos !!
Jorge MIREZ
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Estimados lectores… Recogo la información y se las muestro. Esta figura se puede visualizar como será en un futuro la distribución de la electricidad en la que el sistema está cargada o tiene conectados muchos o varias independientes arquitecturas de distribución en corriente continua DC. Valores de 280 Vdc en casas, centros comerciales, datas centers entre otros… pues no estaría mal, además la DC es menos propagación de ondas electromagneticas en el entorno y hay muchas ventajas de la DC frente a la AC. Claro, asumo que alguien recordará a Tesla y su energía free for all, pero hasta lo que se ve, la idea es la misma, la de mantener el mercado electroenergético mediante la compra de electricidad, cambio de repuestos/máquinas, etc… lo mismo de ahora pero en DC, con un pequeño aliciente, en aquellos países que se permita, podrán ser con una inversión, autogeneradores mediante turbinas de viento o paneles solares fotovoltaicos o etc.. pero las reglas de juego al menos a lo que se ve, siempre serán a favor de las empresas públicas o privadas de electricidad… el mercado tiene que sobrevivir, ese es el mensaje. Por lo tanto, si miran bien esta figura, verán que hay mucho por investigar, desarrollar, innovar… Ánimos que si lo pueden hacer en laboratorio excelente !! si no lo pueden, pues están las herramientas de modelamiento y simulación.. Saludos cordiales.
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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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Hay varios post en este mi Blog de lo que es una microgrid (microred) y con ejemplos de configuraciones y esquemas eléctricos de diferentes experiencias que he podido encontrar en la bibliografía en que me empapo en lecturas y simulaciones. Pero hay casos en que un sistema eléctrico o parte de él, no es una microgrid. En la figura se muestra algunos ejemplos:
- Puedo tener fuentes de energías renovables, pero no tengo cargas… entonces como para que sirve la generación, si no hay cargas, es un netamente productor de energía eléctrica conectado a la red eléctrica pública, sin cargas, no es una microred.
- Puede tener cargas, pero no tiene fuente de energía renovables que en el caso de las microredes se llama micro-fuentes, por lo tanto, es un consumidor normal y común como puede ser una carga residencial usual de una red de distribución eléctrica.
- Tiene micro-fuentes de energía y cargas, pero presenta ausencia de monitoreo y control… una Microred constantemente monitoreo las variables del sistema y de cada componete: voltajes, potencias, encendido/apagado, compra/venta hacia la red eléctrica pública. Y controla cada parte del sistema: cargas sensibles y no sensibles, así como el mando y control de cada fuente productora o de almacén de energía.
- Puede tener control, monitoreo, cargas pero las fuentes son muy pequeñas, es decir, un panel solar o una producción muy pequeña de energía renovable… entonces su huella energética medida en cuanto aporta en reducción de Carbono es mínima, es decir, es insuficiente… por lo tanto, no se puede considerar como microred, para ello, se debe instalar más paneles o turbinas eólicas u otras de tal manera que como dice el concepto pueda la microred funcionar de manera autónoma de la red eléctrica pública por un tiempo determinado.
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- 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.
- 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).
- 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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En general, una microgrid comprende la parte de media tensión (MV) y baja tensión (LV) de un sistema de distribución eléctrico. En los casos en donde la red eléctrica principal existe, la microgrid cierra el lado secundario de las subestaciones de transformación (llamado PCC) al resto del sistema MV y LV. Esta puede incluir cargas, generadores distribuidos tanto de la empresa eléctrica como de los usuarios, los cuales pueden ser de diferentes tipos y tecnologías. La microgrid también incluye todos los equipos de comunicación necesarios para la operación y gestión de la energía en tiempo real del sistema. La figura ilustra la estructura general de una microgrid.
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Durante el día hay varias tarifas dependiendo si es hora valle, hora punta u otra forma de tarifa dependiendo de que país uno se encuentre. Por lo tanto, podemos ir midiendo según las lecturas de potencias, cuando es el costo que se va asociado en tiempo real de funcionamiento. La figura es muestra ejemplo de programación para un día. en el lado de la izquierda son los costos por cada hora (es decir, lo que se paga por esa hora según la potencia que se haya consumido en esa hora), la del lado derecho es el costo que se va a acumulando a lo largo del día y que por cierto para cuando ya son varias lecturas de varios días se tiende hacia una uniformización de la tendencia si es que los hábitos de consumo son periódicos o habituales. Hecho en Matlab de MathWorks siguiendo ejemplo de un caso real.
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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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En las microredes la forma de asegurarse su buen funcionamiento es el monitoreo continuo de los diferentes parámetros: voltaje, frecuencia (si es alterna), potencia activa, potencia reactiva (si es en alterna), corriente, temperatura, velocidad de viento, irradiación solar, densidad de electrolito en baterías (u otra técnica que infiera la cantidad de energía que tiene almacenada), etc… pero todo esto a una gran velocidad de captura de datos. Ya no es pensar que es lo que pasa cada hora, ni cada 10 minutos… es determinar lo que sucede en cada fracción de segundo, y la tecnología va por ahí, a tratar de medir en períodos mucho más cortos de tiempo de tal manera que se pueda detectar los transitorios rápidos y ultrarápidos si es posible y los diferentes elementos de la microred pueda actuar adecuadamente. Implica mucha información y hacia ello van las tecnologías de software, hardware y el modelamiento y simulación.
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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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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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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Universidad Nacional de Ingeniería. Lima, Perú.
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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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Los controles de microfuentes necesitan asegurar que: nuevas microfuentes pueden ser agregadas al sistema sin modificación del equipamiento existente, setpoints pueden ser independientemente seleccionados, la microgrid puede conectarse o estar aislada de la grid en una manera rápido y sin cortes, potencia activa y reactiva puede ser independientemente controlada, y poder encontrar las necesidades dinámicas de las cargas. Cada microcontrolador de microfuente puede responder efectivamente a los cambios del sistema sin requerir datos desde las cargas, el swith estático u otras fuentes.
Los bloques de la izquierda calcula los valores de tiempo real para P, Q y la magnitud de voltaje. Los dos droops son implementadas en bloques separadas. El control genera la magnitud de voltaje y de ángulo deseado en los terminales del inversor. El generador de impulso de puerta es responsable de emitir los impulsos de disparo correctas a la electrónica de potencia en el interior del inversor para realizar un seguimiento de las solicitudes del control. Operando del inversor como un tensión detrás de una impedancia resulta en P==\sigma y Q==|V| … En esta temática de estudio e investigación voy…
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La figura (que ya lo había subido en un post anterior) muestra la arquitectura básica de una microred. Este consiste en un grupo de alimentadores radiales, los cuales son parte de un sistema de distribución o sistema eléctrico domiciliario. Hay un simple punto de conexión a la red llamada «punto de común acoplamiento – PCC». Algunos alimentadores (Alimentadores A-C) tienen cargas sensitivas, las cuales requieren de generación local. Los alimentadores con cargas no críticas no tienen ningún tipo de alimentación local. Alimentadores A-C pueden ser aisladas desde la grid usando un interruptor estático que puede separarlo en menos de un ciclo. En este ejemplo hay cuatro microfuentes en los nodos 8, 11, 16 y 22, los cuales tienen control de operación usando sólo mediciones de voltaje y corriente locales.
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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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