Revista Técnica “energía”
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Interpretación de Gases Disueltos en Aceite Dieléctrico Mediante Bosques Aleatorios Para la Detección de Anomalías en Transformadores de Potencia
Get PDFThe following paper presents a machine learning tool for the interpretation of anomalies in power transformers using the random forest method. Using the results of gas chromatography tests on dielectric oil from several published papers, the data set delivered by the dissolved gas analysis (DGA) in quantities of parts per million (ppm), the amount of hydrocarbon gases such as hydrogen (H2), methane (CH4), ethane (C2H6), ethylene (C2H4) and acetylene (C2H2) that serve to diagnose the internal state of the transformer is used. Due to the reduced number of collected data, there is a disadvantage to apply artificial neural networks, support vector machine, among others that need large amounts of data for each variable, but satisfactorily they are solved using random forests, because this methodology classifies better the data of smaller amount. The learning obtained by training is validated with the states obtained by the test data under IEC 60599 and IEEE C57-104, which encompass 4 diagnostics such as high energy discharge, low energy discharge, normal state and overheating, resulting in a final corroborative validation criterion for the algorithm by comparing the diagnostic results with the random forests.El siguiente documento presenta una herramienta de aprendizaje automático para la interpretación de anomalías en transformadores de potencia utilizando el método de bosques aleatorios. Mediante los resultados de ensayos de cromatografía de gases en aceite dieléctrico de varios artículos publicados, se utiliza el conjunto de datos entregados por el análisis de gases disueltos (AGD) en cantidades de partes por millón (ppm), la cantidad de gases de hidrocarburos como el hidrógeno (H2), metano (CH4), etano (C2H6), etileno (C2H4) y acetileno (C2H2) que sirven para diagnosticar el estado interno del transformador. Debido al número reducido de datos recolectados, se presenta una desventaja para aplicar redes neuronales artificiales, máquina de soporte vectorial, entre otras que necesitan grandes cantidades de datos para cada variable, pero satisfactoriamente son resueltas usando bosques aleatorios, debido a que esta metodología clasifica mejor los datos de menor cantidad. El aprendizaje obtenido por el entrenamiento se valida con los estados obtenidos por los datos de prueba bajo la norma IEC 60599 e IEEE C57-104, que engloban a 4 diagnósticos como la descarga de alta energía, descarga de baja energía, estado normal y sobrecalentamiento, obteniendo como resultado un criterio de validación final corroborativo por el algoritmo al comparar el diagnóstico de resultados con el de bosques aleatorios
Modelos de Predicción de Radiación Solar y Temperatura Ambiente mediante Redes Neuronales Recurrentes
Get PDFThe aim of this study is to compare two architectures of recurrent neural networks of Elman and Jordan (RNRE and RNRJ), focus on the forecasting for two days of solar radiation and air temperature. The inputs of the forecasting model are meteorological variables as wind speed, atmospheric pressure, relative humidity and precipitation. The Research Institute for Geology and Energy of Ecuador provided the data of three meteorological stations situated in the provinces of Pichincha and Tungurahua for neural network training, validation and forecasting stages. Each network was trained with three different learning functions: backpropagation, backpropagation momentum and resilient propagation. The results shows the statistical parameters, Person correlation, mean square error and forecasting behavior on graphics for air temperature and solar radiation, according to RNRE and RNRJ model. This work shows correlation index greater than 0,9 in the validation stage. In the forecasting stage, the correlation index is higher than 0,8 and the mean square error shows values less than 0,02 kW for solar radiation and 2 ºC for air temperature.El objetivo de este estudio es comparar dos arquitecturas de redes neuronales recurrentes de Elman y Jordan (RNRE y RNRJ), enfocadas en predicción de dos días de radiación solar y temperatura ambiente. Las entradas del modelo de predicción son variables meteorológicas como velocidad del viento, presión atmosférica, humedad relativa y precipitación. El Instituto de Investigación Geológico y Energético proveyó los datos de tres estaciones meteorológicas situadas en las Provincias de Pichincha y Tungurahua para las etapas de entrenamiento, validación y predicción de las redes. Cada red se entrenó con tres funciones de aprendizaje, retropropagación, retropropagación de momento y retropropagación resiliente. Los resultados muestran los parámetros estadísticos de correlación de Pearson, error cuadrático medio y el comportamiento de la predicción sobre gráficas de temperatura del aire y radiación solar, de acuerdo a los modelos de RNRE y RNRJ. Este trabajo presenta coeficientes de correlación superiores a 0,9 en la etapa de validación. En la etapa de predicción, el coeficiente de correlación es superior a 0,8 y el error cuadrático medio muestra valores inferiores a 0,02 kW de radiación solar y 2 ºC de temperatura ambiente
Despacho Económico de Sistemas de Energía en Áreas múltiples Usando Programación de Flujo de Red
Get PDFElectricity demand is dynamic in time, aspect for which its supply should be a primary task, which is why the economic dispatch (DE) seeks to determine the amount of energy to be delivered by all generators in the most profitable way and which in turn, they meet a variety of physical and operational constraints in a single area system. However, in general, generators are segregated into a series of generation areas interconnected by link lines. Multi-area economic dispatch (DEM) is an escalation of single-area economic dispatch. In this sense, the present work develops an optimization model that will be solved through GAMS and determines, through DEM, the level of generation and energy exchange between areas to minimize the cost in all regions while complying with the restriction’s energy balance, reserve restrictions, power ramp up and down ramp restrictions for each generator, and link capacity restrictions between the different areas.La demanda eléctrica es dinámica en el tiempo aspecto por el cual su abastecimiento debe ser una tarea primordial, razón por la cual el despacho económico (DE) busca determinar la cantidad de energía a ser entregada por todos los generadores de la manera más rentable y que a su vez cumplen una variedad de restricciones físicas y operativas en un sistema de área única. Sin embargo y por generalidad, los generadores se segregan en una serie de áreas de generación interconectadas por líneas de enlace. El despacho económico multi-área (DEM) es una escalada del despacho económico de una sola área. En este sentido, el presente trabajo desarrolla un modelo de optimización que será resuelto mediante GAMS y determina, través de DEM, el nivel de generación y el intercambio de energía entre áreas para minimizar el costo en todas las regiones al mismo tiempo cumpliendo con las restricciones de equilibrio de energía, restricciones de reserva, restricciones de rampas de subida y bajada de potencia de cada generador y restricciones de capacidad del enlace entre las distintas áreas
Análisis QV para la Identificación de Zonas Vulnerables a un Colapso de Tensión: Un Caso de Estudio
Get PDFRadial High-Voltage networks have problems ensuring voltage stability when a fault occurs. Among preventive actions for these events, installing reactive power compensation in the most vulnerable zones to voltage instability is an economical and simple alternative. Previous works have used the QV curves methodology based on contingency power flows to identify such zones. However, this method has been criticized because it does not consider the dynamical effect of some network elements that depend on the voltage levels, especially in contingency scenarios. This article proposes a QV curve analysis based on the operating point resulting from dynamic simulations to amend this critique. To evaluate the proposed procedure, the model of the Patagonian High-Voltage Network in southern Argentina is used through the PSS/E software with the help of the Python programming language. The results detect the most vulnerable areas to voltage instability after a fault occurs and the reactive power necessary to maintain voltage levels in an acceptable operating range. The proposed methodology can be applied to other networks. For example, it can be used in the Latin-American context to assess future network expansions, especially on those linking countries, such as Ecuador with Perú or Colombia, or even the Centro American Interconnected System.Las redes radiales de alta tensión son muy propensas a sufrir inestabilidades de tensión cuando se presentan fallas. Dentro de las acciones preventivas ante este tipo de eventos, la instalación de compensación de potencia reactiva en las zonas con más problemas de tensión es una alternativa económica y sencilla de aplicar. Trabajos previos han utilizado el método de las curvas QV basados en flujos de potencia en estados de contingencia para identificar tales zonas. Sin embargo, este procedimiento es criticado debido a que no contempla el efecto dinámico de elementos que cambian su comportamiento de acuerdo a los niveles de tensión, especialmente en escenarios de contingencia. Con el fin de subsanar esta crítica, este artículo propone el uso de las mismas curvas QV basándose en los puntos de operación resultantes de simulaciones dinámicas. Para evaluar la metodología propuesta, se utilizó el modelo de la red radial de alta tensión de la Patagonia, al sur de Argentina, por medio del software PSS/E en conjunto con el lenguaje de programación Python. Los resultados detectaron las zonas más propensas a la inestabilidad de tensión y el requerimiento de potencia reactiva necesaria para que la red opere en niveles de tensión aceptables. La metodología propuesta puede ser replicada en cualquier tipo de red. Por ejemplo, en el contexto latinoamericano, se podría utilizar en posibles futuras expansiones de red, especialmente en aquellas que vinculen países como Ecuador con Colombia o Perú, o también el Sistema Interconectado Centroamericano
Estimación de la Demanda de una Estación de Carga para Vehículos Eléctricos Mediante la Aplicación de Métodos Probabilísticos
Get PDFThis paper presents the study of the demand estimation of an electric vehicle charging station based on the use of Monte Carlo simulation. The modeling of the electrical system is done through the PowerFactory software, on the other hand, for the development of the Monte Carlo simulations and the processing of the information, it is done through the use of Python software. The analysis in general is focused on determining the impact of the integration of electric vehicles in the electric grid, so that scenarios that emulate the operation of the electric station are generated, taking into account the demand of electric vehicles within their charging points, so that random scenarios are generated considering the number of connected vehicles and the percentage of vehicle charging. Another aspect that is considered is the integration of photovoltaic generation systems, so that an analysis of their impact on the operation of the electric grid is performed, taking into account the random operation of the electric station.En el presente artículo se presenta el estudio de la estimación de demanda de una estación de carga de vehículos eléctricos basado en el uso de simulación de Montecarlo. La modelación del sistema eléctrico se lo realiza a través del software de PowerFactory, por otra parte, para el desarrollo de las simulaciones de Montecarlo y el procesamiento de la información, se lo realiza a través del uso del software de Python. El análisis en general está enfocado en determinar el impacto de la integración de vehículos eléctricos en la red eléctrica, de forma que se generan escenarios que emulen la operación de la electrolinera, teniendo en cuenta la demanda de vehículos eléctricos dentro de sus puntos de carga, de forma que se generan escenarios aleatorios considerando el número de vehículos conectados y el porcentaje de carga de los vehículos. Otro aspecto que se considera es la integración de sistemas de generación fotovoltaica, de forma que se realiza el análisis de su impacto en la operación de la red eléctrica teniendo en cuenta la operación aleatoria de la electrolinera
Partición de una Red Eléctrica de Distribución Aplicando Algoritmos de Agrupamiento K-means y DBSCAN
Get PDFThis paper proposes the methodology to perform the partitioning of a distribution network using data clustering algorithms such as K-means and DBSCAN. The data is obtained by generating variations in the network parameters and simulating the voltage profile using OpenDSS software. The proposed methodology is implemented on standard IEEE test distribution networks of 34 and 123-node test feeders. The obtained results are compared with methods obtained from the literature. En este artículo se propone la metodología para realizar la partición eléctrica de una red de distribución utilizando algoritmos de agrupamiento de datos como K-means y DBSCAN. Los datos se obtienen generando variaciones en los parámetros de la red y simulando el perfil de voltaje con el software OpenDSS. La metodología propuesta se implementa en redes de distribución estándar de prueba IEEE de 34 y 123 barras. Los resultados obtenidos son comparados con métodos obtenidos de la literatura.
Diseño y Construcción de un Medidor de Energía Digital Domiciliar
No full textThis practical implementation work shows the design and construction of a home digital meter prototype in which you can view the different variables in real time such as network voltage, electric current, average power, home energy consumed in kWh, and the associated monthly billing cost. The design of the prototype is divided into three stages, the first has to do with the charging and power supply system of the device, the second shows the acquisition and conditioning system of the input variables, and the third has to do with the Arduino Mega 2560 microcontroller. In this stage of processing, recording, and storage of information is done. The construction of the prototype is carried out in several phases, firstly the practical design in the Proteus 8 Professional software to then implement on the breadboard and later mount on the PCB. Finally these modules are coupled in a plastic box with IP- 65 which shows in its front view the liquid crystal screen attached to show the output variables of the finished device. The operation of the prototype is validated by comparison through several practical application tests in a real case study versus a conventional energy meter. Finally, the prototype is ideal for home energy measurement systems since it adapts to the needs of each consumer.El presente trabajo de implementación práctica muestra el diseño y la construcción de un prototipo de medidor digital domiciliar en el cual se puede visualizar las distintas variables en tiempo real como la tensión de la red, la corriente eléctrica, la potencia promedio, la energía consumida por la vivienda en kWh y el costo asociado de facturación mensual. El diseño del prototipo está dividido en tres etapas, la primera tiene que ver con el sistema de carga y alimentación del dispositivo, la segunda muestra el sistema de adquisición y acondicionamiento de las variables de entrada y la tercera tiene relación con el microcontrolador Arduino Mega 2560 encargado de la etapa de procesamiento, registro y almacenamiento de la información. La construcción del prototipo se la realiza en varias fases, en primer lugar el diseño práctico en el software Proteus 8 Professional para luego implementarlo en el protoboard y más adelante montarlo en la placa PCB, finalmente se acoplan estos módulos en una caja plástica con IP-65 la cual muestra en su vista frontal la pantalla de cristal líquido acoplada para mostrar las variables de salida del dispositivo terminado. El funcionamiento del prototipo está validado mediante comparación a través de varias pruebas de aplicación práctica en un caso de estudio real versus un medidor de energía convencional. Por último el prototipo resulta idóneo para sistemas de medición de energía domiciliar ya que se adapta a las necesidades de cada consumidor.  
La viabilidad del autoconsumo energético por medio de placas solares en los servicios del agua en España
Get PDFEnergy consumption is one of the main components of the financial cost of water services. To a large extent, this comes from the traditional supply through the purchase of energy from private utilities, which is associated with a certain amount of pollution. This justifies a constant pursuit of the development of alternative energy sources with lower environmental impact and, if possible, lower financial cost. Fortunately, in recent years there have been constant improvements in the technology of solar panels, so that their viability no longer depends exclusively on their environmental benefits or public subsidies but is an alternative that can be financially viable in certain cases. Specifically, in some regions with a high shortage of water resources, there is an important development of non-conventional water sources that consume a significant amount of energy, so this work studies the possibility of substituting part of this energy by self-consumption from photovoltaic panels. In general terms, this possibility is viable from a financial point of view when consumption is low, as the yearly savings from self-consumption compensate for the initial investment. However, the low prices at high consumption levels make it difficult to build large solar panel installations financially profitable.El consumo energético es uno de los principales componentes del gasto financiero en la provisión de los servicios del agua. Este deriva, en gran medida, del suministro tradicional a través de la compra de energía a las empresas suministradoras, lo que lleva asociada una determinada contaminación. Esto justifica una persecución constante del desarrollo de fuentes alternativas de energía con un menor impacto ambiental y, si es posible, con un menor coste financiero. Afortunadamente, en los últimos años se han dado constantes mejoras en la tecnología de las placas solares, por lo que su viabilidad ya no depende exclusivamente de sus beneficios ambientales o de subvenciones públicas, sino, que es una alternativa que puede ser viable económicamente en determinados casos. En concreto, en algunas regiones con una elevada escasez de recursos hídricos existe un importante desarrollo de las fuentes no convencionales, las cuales consumen una cantidad importante de energía, por lo que este trabajo estudia la posibilidad de sustituir parte de esa energía por autoconsumo a partir de placas solares fotovoltaicas. En términos generales, esta posibilidad se muestra viable desde el punto de vista financiero cuando el consumo energético es reducido, pues el ahorro que surge del autoconsumo año tras año permite compensar la importante inversión inicial que debe realizarse. No obstante, los menores precios unitarios cuando el consumo es elevado dificultan que las instalaciones de placas solares de elevado tamaño sean rentables en términos financieros
Planificación Óptima de Recursos Energéticos Distribuidos para Mejorar la Resiliencia de Sistemas de Distribución de Energía Eléctrica frente a Desastres Naturales: Caso en Lahares Volcánicos
Get PDFDistributed Energy Resources (DERs) can play a key role in decarbonization of the energy matrix and the transition towards to carbon neutrality. Futhermore, DERs can make the network less vulnerable to disasters and the response to an emergency much faster and more efficient, thus improving the resilience of distribution networks. Consequently, the present work proposes a methodological framework to determine the optimal location and sizing of DERs for resilience enhancement of power distribution systems against the impact of natural hazards, in this particular case, against lahars that form after the occurrence of a volcanic eruption. Moreover, existing emergency resources on the contingency plans of the electrical utilities are considered for the effective restoration of the distribution system. The proposed methodology is evaluated on a radial distribution system in Sangolquí, Ecuador, considering the lahars that could form on the Cotopaxi volcano north slope. The results obtained show that our proposal can enhance the resilience of distribution networks against natural hazards through investment in photovoltaic systems and battery energy storage systems to the energy supply of critical loads such as shelters, hospitals, among others.Los recursos energéticos distribuidos DERs (del inglés Distributed Energy Resources) pueden jugar un rol clave para la descarbonización de la matriz energética y su transición hacia la carbono neutralidad. Además, los DERs pueden hacer que la red sea menos vulnerable a eventos extremos y que la respuesta a una emergencia sea mucho más rápida y eficiente, logrando de esta forma mejorar la resiliencia de las redes de distribución. Por lo tanto, el presente trabajo propone un marco metodológico para determinar la ubicación y dimensionamiento óptimo de DERs para mejorar la resiliencia de los sistemas de distribución de energía eléctrica frente al impacto de desastres naturales, en este caso particular ante lahares que se forman después de la ocurrencia de una erupción volcánica. Además, para una restauración eficiente del sistema se consideran los recursos existentes en los planes de contingencia de las empresas de distribución. La metodología propuesta se evalúa sobre un sistema de distribución radial en la ciudad de Sangolquí, Ecuador, considerando los lahares que se podrían formar en el flanco norte del volcán Cotopaxi. Los resultados obtenidos muestran que nuestra propuesta puede ser utilizada para mejorar la resiliencia de las redes de distribución frente a eventos extremos, a través de la inversión en sistemas fotovoltaicos y sistemas de almacenamiento en base a baterías, con el objetivo de mantener el suministro de cargas a críticas tales como albergues, hospitales, entre otros
Análisis de Energía Firme en Autogeneradores Hidroeléctricos Considerando la Red de Transmisión
Get PDFThis article presents a methodological proposal for calculating the firm energy of hydroelectric plants, considering monthly flow duration curves and a stochastic approach instead of the traditional deterministic approach. This methodological implementation demonstrated that incorporation of the monthly flow duration curves and the consideration of the stochastic nature of the hydrological resource, maximizes the opportunity of participation of private hydroelectric plants enabled as self-generators for the signing of bilateral contracts with largescale consumers; aspect which allows ARCERNNR carry out regulatory adjustments required for Regulation No. ARCONEL 004/17 “Regulation for Largescale Consumers”.
As part of the study, a statistical analysis of the energy production of self-generators, self-consumption and delivery of surplus energy from self-generators was also carried out, in order to know the current situation of self-generators and evaluate future adjustments to the conditions established in the regulation "001/14 - Participation of Self-Generators in the Electricity Sector". Additionally, the reliability of the energy supply of the system was analyzed considering the operation of self-generators and the supply of consumptions for a horizon of 7 years, under different hydrology scenarios. For the development of this work, the computational model SDDP was used.Resumen
En este artículo se presenta una propuesta metodológica para el cálculo de la energía firme de centrales hidroeléctricas, considerando curvas de duración mensuales de caudal y un enfoque estocástico en lugar del enfoque tradicional determinístico. Esta implementación metodológica demostró, que la incorporación de las curvas mensuales de duración de caudales y la consideración de la naturaleza estocástica del recurso hidrológico, maximiza la oportunidad de participación de centrales hidroeléctricas privadas habilitadas como autogeneradores para la suscripción de contratos bilaterales con grandes consumidores; aspecto que permitirá a la ARCERNNR contar con información técnica de base para ajustes normativos que se requieran para la Regulación Nro. ARCONEL 004/17 “Regulación para Grandes Consumidores”.
Como parte del estudio, se realizó además un análisis estadístico de la producción energética de autogeneradores, autoconsumos y entrega de excedentes de energía de los autogeneradores, con el fin de conocer la situación actual de los autogeneradores y evaluar futuros ajustes a las condiciones establecidas en la regulación “001/14 - Participación de Autogeneradores en el Sector Eléctrico”. Adicionalmente se analizó la confiabilidad de abastecimiento energético del sistema considerando la operación de autogeneradores y el abastecimiento de consumos para un horizonte de 7 años, bajo escenarios de hidrología diversos. Para el desarrollo de este trabajo se utilizó el modelo computacional SDDP