Revista Técnica “energía”
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Predicción a corto plazo de sistemas de medición inteligentes mediante arquitecturas de aprendizaje profundo multivariable y multipaso
Get PDFSmart Grids have revolutionized the electricity industry by enabling more efficient control and monitoring of the electricity supply, with a key component being smart meters (SM). These collect information on demand, energy, and harmonic distortion, among others, which must be stored and managed efficiently in a metering data management system (MDMS). The MDMS must ensure that a complete set of data is obtained for use in algorithms to ensure the reliability and quality of the power supply. To address the challenge of management the big data generated by SM, short, medium, and long-term measurement forecasting techniques have been proposed, highlighting the use of artificial intelligence such as Artificial Neural Networks (ANN) and Deep Learning (DL) methods due to their ability to adapt to different input and output variables with various time horizons. In addition, the influence of the diversity of Information and Communication Technologies (ICT) on the update time and data storage in the MDMS is highlighted. In this sense, this work aims to identify which ANN or DL architecture(s) could be more suitable for enterprise, survey, or research applications, demonstrating favorable performance metrics in different scenarios of sampling frequency and typical data update times in Smart Grids. This is relevant due to the need for MDMS to perform multivariate and multi-pass predictions in the short term to complete the information until the information is available or updated.Las Redes Eléctricas Inteligentes de Distribución (REID) han revolucionado la industria eléctrica al permitir un control y monitoreo más eficiente del suministro eléctrico, con un componente clave siendo los medidores inteligentes (SM). Estos recopilan información sobre la demanda, energía, distorsión armónica, entre otros, que deben ser almacenados y gestionados eficientemente en un sistema de gestión de datos de medición (MDMS). El MDMS debe garantizar la obtención de un conjunto completo de datos para su uso en algoritmos que aseguren la confiabilidad y calidad del suministro eléctrico. Para abordar el desafío de gestionar la gran cantidad de datos generados por los SM, se han propuesto diferentes técnicas de predicción de mediciones a corto, mediano y largo plazo, destacando el uso de inteligencia artificial como las Redes Neuronales Artificiales (ANN) y métodos de Aprendizaje Profundo (DL) debido a su capacidad de adaptación a diferentes variables de entrada y salida con diversos horizontes temporales. Además, se destaca la influencia de la diversidad de Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) en el tiempo de actualización y almacenamiento de datos en un MDMS. En este sentido, este trabajo tiene como objetivo identificar qué arquitectura o arquitecturas de ANN o DL podrían ser más adecuadas para aplicaciones en empresas, estudios o investigaciones, demostrando métricas de rendimiento favorables en diferentes escenarios de frecuencia de muestreo y tiempos de actualización de datos típicos en un REID. Esto es relevante debido a la necesidad del MDMS de realizar predicciones multivariables y multipaso a corto plazo para completar la información, hasta que la misma esté disponible o se actualice
Estimación y Análisis de Sensibilidad del Consumo Energético de Buses Eléctricos mediante Simulaciones Microscópicas en líneas de Transporte Público
Get PDFThe integration of electric mobility is real nowadays. Government policies increasingly focus on encouraging the use of electric vehicles (EVs); particularly, replacing conventional public mobility with electric buses. An adequate energy management of electric bus systems must optimize resource usage, and extend the lifespan of transport units and charging stations, while providing quality service to users. The performance of the EV transport system depends on various deterministic and stochastic variables that need to be accurately simulated to analyze its behavior as closely as possible to real conditions. In this study, a model for the energy analysis of EVs has been implemented, by using the software SUMO (Simulation of Urban Mobility) and applying it to public transport routes in Quito, Ecuador. Through the executed simulations, energy consumption has been estimated and, a sensitivity analysis of the energy consumption of electric bus units to the variations in relevant parameters in the energy management of public transport systems, has been carried out. The impact of certain parameters on energy consumption has been verified, by indicating a significant decrease in the autonomy of EVs on the simulated route under very similar to reality operating conditions. For study case, autonomy reduction of electric bus is around 27% in comparison with manufacturer\u27s specifications. The analysis of energy performance under various traffic scenarios will allow future optimizations of the electric public transport system operation, since traffic levels, variable traffic flow, and pronounced changes in terrain elevation, are considered.La integración de la movilidad eléctrica es una realidad en el mundo actual, las políticas gubernamentales se enfocan cada vez más en incentivar el uso de vehículos eléctricos (VE) particulares, pero, principalmente en reemplazar la movilidad pública convencional por el uso de buses eléctricos. Una adecuada gestión energética de los sistemas de buses eléctricos debe optimizar el uso de recursos, prolongando la vida útil de las unidades de transporte, estaciones de carga y brindando siempre un servicio de calidad a sus usuarios. El desempeño del sistema de transporte mediante VE depende de diversas variables determinísticas y estocásticas que necesitan ser debidamente simuladas a fin de analizar su comportamiento, lo más cercano a las condiciones reales. En el presente trabajo, mediante la aplicación del software SUMO (Simulation of Urban Mobility), se ha implementado un modelo para el análisis energético de VE y se lo ha aplicado en rutas de transporte público en Quito-Ecuador. A partir de las simulaciones realizadas se ha estimado el consumo energético y se ha efectuado un análisis de sensibilidad del consumo energético de las unidades de buses eléctricos ante variaciones de parámetros relevantes en la gestión energética de sistemas de transporte público. Para el caso de estudio se comprueba la reducción de la autonomía del bus eléctrico en 27% de acuerdo con la información del fabricante. El análisis del desempeño energético realizado bajo diversos escenarios de tráfico permitirá en futuros trabajos optimizar la operación de los sistemas de transporte público eléctrico, considerando niveles de tráfico, flujo vehicular variable y pronunciados desniveles en su relieve
Aplicación del Control Formador de Red en Microrredes con Sistemas de Almacenamiento de Energía para la Regulación Primaria de Frecuencia, Caso de Estudio: Islas Galápagos
Get PDFThe Galapagos Islands present distinctive challenges in managing their electrical system due to their remote geographical position. Currently, their energy sources are limited to non-renewable energy and partially dependent on renewable energy sources like wind and solar power. The intermittence of these sources poses a threat to the stability and reliability of power systems. The battery energy storage systems (BESS) are a commonly adopted approach for promoting the stability of frequency and voltage in power systems. However, the effectiveness of these systems in accomplishing this objective is contingent on the type of controller and operation used in the storage system. Electrical energy storage systems implement two primary modes of operation; Grid Following and Grid Forming.
This paper focuses on the implementation and evaluation in different scenarios of the network-forming mode of operation of the storage system, with the purpose of contributing to the primary frequency regulation in the MRE of the Galapagos Islands. The results obtained demonstrate significant improvements in the stability of the MRE, and greater efficiency in primary frequency regulation.Las Islas Galápagos, debido a su ubicación geográfica aislada, enfrentan desafíos únicos en la gestión de su Microrred eléctrica (MRE), pues actualmente depende de energías no renovables y en una medida considerable de fuentes de energías renovables, como la energía solar y eólica. Estas fuentes de energía intermitentes, afectan la confiabilidad y estabilidad de la MRE. Una solución destacada en la actualidad es la implementación de los sistemas de almacenamiento de energía con baterías, pues estos sistemas aportan a la estabilidad de frecuencia y voltaje, sin embargo, estos aportes a la estabilidad de frecuencia y voltaje de la MRE están en función del tipo de controlador y operación que se emplee al sistema de almacenamiento. Existen dos modos de operación en sistemas almacenamiento de energía eléctrica; seguidor de red y formador de red.
Este trabajo se enfoca en la implementación y evaluación en diferentes escenarios, del modo de operación formador de red del sistema de almacenamiento, con el propósito de aportar a la regulación primaria de frecuencia en la MRE de las Islas Galápagos. Los resultados obtenidos demuestran las mejoras significativas en la estabilidad de la MRE, y una mayor eficiencia en la regulación primaria de frecuencia
Solución al problema de despacho hidrotérmico a corto plazo mediante la programación no lineal aplicada a sistemas de uno y varios nodos
Get PDFThis research proposes two models for the problem of short-term economic dispatch of electrical power systems through nonlinear programming (NLP). The problems raised will be resolved through the cost function of the classic economic dispatch where thermal and hydraulic generation plants are considered to obtain the electrical power generated in each of the nodes, the methodology will be used for a short-term period. 24 hours with different hourly demand, in the first instance the model will be developed for a single node with cascade reservoirs, while the second case will be developed in the 14 IEEE bus system, brief modifications are made to the original model in order to include hydraulic generation units. The non-linear programming shows satisfactory results, complying with the operational restrictions implemented in the mathematical model, in addition there are reductions in thermal generation which means lower cost, the first model is validated through bibliography obtaining an operating cost of 129,800.La presente investigación propone dos modelos al problema de despacho económico a corto plazo de los sistemas eléctricos de potencia por medio de la programación no lineal (PNL). Los problemas planteados serán resueltos mediante la función de costo del despacho económico clásico en donde se considerarán centrales de generación térmica e hidráulicas para obtención de la potencia eléctrica generada en cada uno de los nodos, la metodología propuesta será utilizada para un periodo a corto plazo de 24 horas con diferente demanda horaria, en primera instancia se desarrollará el modelo para un solo nodo con embalses en cascada, mientras que el segundo caso será desarrollado en el sistema de 14 buses de la IEEE, se realizan breves modificaciones al modelo original con el fin de incluir las unidades de generación hidráulica. La programación no lineal muestra resultados satisfactorios cumpliendo con las restricciones operativas implementadas en el modelo matemático, además se tienen reducciones de la generación térmica lo que significa menor costo, el primer modelo es validado mediante bibliografía obteniendo un costo de operación de 129.800
Modelos de Respuesta de la Frecuencia para el Sistema Nacional Interconectado Ecuatoriano
Get PDFThis paper presents a methodology, based on frequency response models, to estimate the minimum or maximum value -nadir- that the frequency reaches when a generation - load unbalance occurs in the power system. To this end, the 1st order reduced equivalent model of the generator’s power-frequency control system is determined using the "Parameter Estimator" of Matlab/Simulink. Then, a set of equations coming from the reduced equivalent model is established to estimate the value of the maximum transient frequency deviation and its occurrence time. To illustrate the application of the proposed methodology, the IEEE New England test system has been chosen. Once this is done, the proposed methodology is applied to the Ecuadorian Interconnected Power System. The results of time domain simulations using the PowerFactory software are presented and compared with the results calculated using the developed reduced and analytical models. It is concluded that the proposed methodology estimates with high accuracy the maximum transient frequency deviation and its time of occurrence.En el presente trabajo se presenta una metodología, basada en modelos de repuesta de la frecuencia, para estimar el valor mínimo o máximo -nadir- que alcanza la frecuencia cuando en el sistema eléctrico de potencia se presenta un desbalance generación – carga. Con este fin, se determina el modelo reducido de 1er orden del sistema de control potencia – frecuencia del generador usando el “Estimador de Parámetros” de Matlab/Simulink. Luego, se establecen ecuaciones que provienen del modelo equivalente reducido para estimar el valor de la máxima desviación transitoria de la frecuencia y su tiempo de ocurrencia. Para ilustrar la aplicación de la metodología presentada se ha elegido el sistema de prueba IEEE New England de 39 barras y 10 generadores. Hecho esto, la metodología propuesta se aplica al Sistema Nacional Interconectado ecuatoriano. Se presentan resultados de simulaciones en el dominio del tiempo usando el programa PowerFactory, mismos que son comparados con los resultados calculados mediante el modelo equivalente reducido y el modelo analítico. Se concluye que la metodología propuesta estima con alta precisión la máxima desviación transitoria de la frecuencia y su tiempo de ocurrencia
Herramienta de Identificación Paramétrica, Validación y Sintonización de Reguladores de Velocidad Mediante Algoritmos de Optimización Heurísticos
Get PDFCurrently, Ecuadorian electrical system operation is experiencing several technical challenges, such as: 1) neighboring electrical systems integration in the Andean Electrical Interconnection System (SINEA) and 2) primary energy sources diversification. Under these new operating conditions, dynamic safety may be compromised by frequency stability issues. Based on frequency regulation, the objective is to use control mechanisms and available generation reserves to respond suitably to the electrical system\u27s demands. Within this context, it becomes imperative to devise methodologies that ensures fast and accurate responses of power-frequency control equipment, such as speed regulators employed for Primary Frequency Regulation in generators. Given this foundation, an approach is presented relying on heuristic optimization methodologies, for the development of a tool that helps to compute the parametric identification and adjustment of speed controllers. Using measurements obtained from the proposed methodology, the developed tool was able to effectively perform the identification and validation of the speed regulation system of the CCS power plant as well as to propose new parameters that improve the response of the identified system.En la actualidad, la operación del sistema eléctrico ecuatoriano experimenta varios desafíos técnicos, tales como: 1) la integración de sistemas eléctricos vecinos en el Sistema de Interconexión Eléctrica Andina (SINEA) y 2) la diversificación de las fuentes primarias de energía. Bajo estas nuevas condiciones operativas, la seguridad dinámica puede ser afectada por problemas de estabilidad de frecuencia. Con base en la regulación de frecuencia se busca, a través de mecanismos de control y reservas de generación disponible, responder en forma adecuada a las exigencias del sistema eléctrico. Bajo este contexto, es necesario el desarrollo de metodologías que permitan la respuesta rápida y precisa de los equipos de control potencia - frecuencia, tales como los reguladores de velocidad, los cuales actúan de forma local en los generadores para realizar la Regulación Primaria de Frecuencia. Con estos antecedentes, se propone una metodología, basada en métodos heurísticos de optimización, para el desarrollo de una herramienta que permita realizar la identificación paramétrica y ajuste de los reguladores de velocidad. Con las mediciones obtenidas en base a la metodología propuesta, la herramienta desarrollada logró de manera efectiva realizar la identificación y validación del sistema de regulación de velocidad de la central CCS así como proponer nuevos parámetros que mejoran la respuesta del sistema identificado.
 
Aplicación de la Metodología CRISP-DM en el Análisis de Gases Disueltos en Aceite Dieléctrico de Transformadores Eléctricos del Sector Eléctrico Ecuatoriano
Get PDFThis study addresses the application of the Cross-Industry Standard Process for Data Mining (CRISP-DM) methodology in the analysis of dissolved gases in oil of power transformers, being this a critical component in electrical systems. The adoption of this six-phase structured method allowed a comprehensive evaluation of the condition of the transformer units of the Ecuadorian electrical system based on the analysis of investment and expansion data of the sector, as well as the study of 1 099 DGA (Dissolved Gas Analysis) profiles obtained from a population of 153 transformers located in the different regions of continental Ecuador. The findings described in this work have the potential to significantly improve investment and maintenance strategies and policies. In addition, the adoption of automation techniques in the DGA classification process is proposed, using supervised learning models to enhance the reliability and efficiency of the public energy service. The results suggest that this approach not only improves the diagnosis within the maintenance activities, but also provides a solid basis to draw a roadmap towards a predictive asset management, resulting in a substantial improvement of the reliability of the national power system.Este estudio aborda la aplicación de la metodología Cross-Industry Standard Process for Data Mining (CRISP-DM) en el análisis de los gases disueltos en aceite de transformadores de potencia, siendo este un componente crítico en los sistemas eléctricos. La adopción de este método estructurado de seis fases permitió evaluar de forma integral la condición de las unidades de transformación del sistema eléctrico ecuatoriano a partir del análisis de datos de inversión y expansión del sector, así como del estudio de 1 099 perfiles DGA (Dissolved Gas Analysis) obtenidos de una población de 153 transformadores ubicados en las distintas regiones de Ecuador continental. Los hallazgos descritos en este trabajo tienen el potencial de mejorar significativamente las estrategias y políticas de inversión y mantenimiento. Además, se propone la adopción de técnicas de automatización en el proceso de clasificación DGA, utilizando modelos de aprendizaje supervisado para potenciar la confiabilidad y eficiencia del servicio público de energía. Los resultados sugieren que este enfoque no solo mejora el diagnóstico dentro de las actividades de mantenimiento, sino que también proporciona una base sólida para trazar una hoja de ruta hacia una gestión predictiva de los activos, lo que se traduce en una mejora sustancial de la confiabilidad del sistema eléctrico nacional
Estudio Numérico con CFD de la Refrigeración en una Cabina Vehicular con dos Refrigerantes R32 y R600a
Get PDFThe objective of this research focuses on the numerical solution, simulation, and thermal behavior of the refrigerants R32 and R600a, the first being an industrial refrigerant and the other a hydrocarbon, the element to be studied is the internal temperature of a vehicle cabin, the air crosses the evaporator of the air conditioning system by analyzing the coil-type crossflow heat exchanger. Likewise, it is important to know the energy capacity that each refrigerant has to cool or heat the vehicle cabin to, after a mathematical analysis, contrast the information through numerical simulation of CFD fluids with specialized software in this case Fluent from ANSYS.El objetivo de esta investigación se centra la solución numérica, simulación y comportamiento térmico de los refrigerantes R32 y R600a, siendo el primero un refrigerante industrial y el otro un hidrocarburo, el elemento a estudiar es la temperatura interna de una cabina vehicular, el aire cruza el evaporador del sistema de aire acondicionado mediante el análisis del intercambiador de calor de flujo cruzado tipo serpentín. Asimismo, es importante conocer la transferencia de calor que tiene cada refrigerante para enfriar o calentar la cabina del vehículo, para en un análisis matemático posterior llevar un contraste de la información mediante la simulación numérica de fluidos CFD con un software especializado en este caso Fluent de ANSYS. Se encontró que el refrigerante R600a es una alternativa para los sistemas de aire acondicionado vehicular y el R32 no es tan aplicable para estos casos
Análisis de Percepción del Confort Térmico de Edificaciones Residenciales en la Ciudad de Loja basado en la Norma Ecuatoriana de Eficiencia Energética
Get PDFThe building envelope plays a crucial role in interior thermal comfort and energy efficiency. Hence, the importance of implementing the energy efficiency chapter of the Ecuadorian Construction Standard (NEC-HS-EE). This chapter establishes minimum requirements for thermal transmittance of envelope elements. However, it is unknown whether these values guarantee a satisfactory perception of indoor thermal comfort. This study aims to determine the thermal comfort perception in residential buildings in Loja city, through defining typologies and characterizing their envelope. Typologies are defined using information from the National Building Survey (ENED), while the envelope is characterized by surveying construction professionals in the locality. Finally, a thermal perception survey is conducted on occupants of the defined typologies. The results show that several construction packages comply with the NEC-HS-EE standard (except for the use of 7 cm thick brick wall, which is a common practice) and provide satisfactory comfort perception to occupants during the day, achieving a comfort perception within 80% acceptability. However, this is not maintained during the night. La envolvente desempeña un papel crucial en el confort térmico interior y eficiencia energética de las edificaciones, por ello la importancia de la implementación del capítulo de eficiencia energética de la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC-HS-EE). Este capítulo establece requisitos mínimos de transmitancia térmica para elementos de la envolvente. Sin embargo, se desconoce si estos valores garantizan una percepción satisfactoria del confort térmico interior. El presente estudio tiene como objetivo determinar la percepción de confort térmico en edificaciones residenciales en la ciudad de Loja, a través de la definición de la tipologías y caracterización de su envolvente. Para la definición de tipologías se considera la información de la Encuesta Nacional de Edificaciones (ENED), mientras que, para la caracterización de la envolvente se encuesta a profesionales de la construcción en la localidad. Finalmente, se aplica una encuesta de percepción térmica a ocupantes de las tipologías definidas. Los resultados muestran que, varios paquetes constructivos cumplen con la NEC-HS-EE (a excepción del uso de pared de ladrillo de 7 cm de espesor, que representa una práctica común) y brindan una percepción satisfactoria de confort a los ocupantes durante el día, alcanzando una percepción de confort dentro del 80% de aceptabilidad, no obstante, esto no se mantiene durante la noche
Parámetros para el Proceso de Molienda en Molinos Verticales Usando Métodos de Optimización
Get PDFVertical roller mills, VRMs, are widely used for grinding raw materials in factories engaged in the extraction and processing of minerals. Any machine used for grinding or crushing consumes around 30 to 40% of the energy of a factory. The loading pressure, table rotation speed, moisture content, outlet temperature and pressure rollers are variables that can be controlled to decrease the specific energy consumption Ecs. This paper poses an optimization problem in order to reduce the energy consumption of a VRM used to produce cement and to find the optimal parameters of the operating variables. Several packages are used to solve the nonlinear programming problem, obtaining very concise results, but the results provided by the Pyomo package are used. Comparing the result of the objective function with the energy consumption of a well-known cement company in Ecuador, it is concluded that the optimized parameters are able to reduce by 25% the energy consumption guaranteeing a minimum production of 2200 tons of cement per day, so the model is correctly validated.Los molinos verticales de rodillos VRM, son máquinas muy utilizadas para moler materia prima en fábricas dedicadas a la extracción y procesamiento de minerales. Cualquier máquina ocupada para moler o triturar consume alrededor del 30 o 40% de la energía de una fábrica. La presión de carga, la velocidad de rotación de la mesa, el contenido de humedad, temperatura de salida del molino y presión de los rodillos son variables que se pueden controlar para disminuir el consumo de energía especifica Ecs. Este trabajo plantea un problema de optimización con el fin de reducir el consumo energético de un VRM utilizado para producir cemento y encontrar los parámetros óptimos de las variables de operación. Se utilizan varios paquetes para resolver el problema de programación no lineal, obteniendo resultados muy concisos, pero se usa los resultados proporcionados por el paquete Pyomo. Comparando el resultado de la función objetivo con el consumo energético de una empresa cementera en Ecuador se concluye que los parámetros optimizados son capaces de reducir en un 25% el consumo energético garantizando una producción mínima de 2200 toneladas de cemento diarias por lo que el modelo se valida correctamente