Revista Técnica “energía”
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Desarrollo de una estación meteorológica y una herramienta computacional para la evaluación de los recursos eólico y solar
Get PDFThis paper presents the design and implementation of a weather station and a computational tool for the evaluation of solar and wind resources. The weather station records the following variables: air temperature, relative humidity, solar irradiance, atmospheric pressure, altitude, latitude, longitude, wind speed and direction. An autonomous power supply through a photovoltaic system with energy storage has been also included.
The weather station transmits data in real time through an Arduino compatible Ethernet module and stores the weather measurements in a database created in MYSQL. The database is inside a XAMPP server installed on a personal computer. A web page created in PHP allows the visualization of the acquired variables in real time.
The meteorological variables obtained through the weather station are fed into a computer program developed in Python programming language, which allows determining the wind and solar potential of the area where the station is located. The results of this work serve as valuable information for the development of solar and wind generation projects.En este documento se presenta el diseño y construcción de una estación meteorológica e implementación de una herramienta computacional para la evaluación de los recursos solar y eólico. La estación meteorológica registra las siguientes variables: temperatura ambiente, humedad relativa, irradiancia solar, presión, altitud, latitud, longitud, dirección y velocidad del viento, y cuenta con una alimentación autónoma a través de un sistema fotovoltaico con almacenamiento de energía.
La estación meteorológica tiene la capacidad de transmitir datos en tiempo real mediante el uso de un módulo Ethernet compatible con Arduino, y almacena las mediciones en una base de datos creada en MySQL, la cual se encuentra dentro de un servidor XAMPP instalado en un computador personal. Una página web creada en PHP permite la visualización de las variables adquiridas en tiempo real.
Las variables ambientales obtenidas a través de la estación meteorológica se alimentan al programa computacional desarrollado en lenguaje Python, que permite determinar el potencial eólico y solar de la zona en que está ubicada la estación. Los resultados del presente trabajo sirven como información para el desarrollo de proyectos que tengan como objetivo el aprovechamiento de los recursos solar y eólic
Determinación de los parámetros de un sistema de puesta a tierra y apantallamiento eléctrico planteando un caso de expansión en una central de generación distribuida
Get PDFThe present investigation deals with the simulation of the shielding and grounding systems in a distributed generation plant because faults have arisen in it, causing damage to the protection equipment, in turn a future expansion has been considered. For which soil resistivity and grounding resistance were measured using Std. IEEE 81, obtaining values of up to 40.4 Ω-m and 986 Ω respectively along the ground and common ground points. Subsequently, the systems were modeled in ETAP; under current conditions with the soil resistivity value of 23.57 Ω-m, determining a resistance of 0.588 Ω, and a touch voltage of 854.4 V, which exceeds the tolerable values of the regulations, as well as according to the modeling of the rolling spheres for the current shielding system made up of a dipole-type lightning rod; 3 of the generators are outside the protection zone and when an expansion is implemented, this set of protections would not provide the necessary guarantees for the proper functioning of the plant. For which they raised better the system; which were verified by simulation; obtaining grounding values of 0.414 Ω and touch voltage of 589 V which are within the permissible limits, in addition to designing the expansion.La presente investigación trata la simulación de los sistemas de apantallamiento y puesta a tierra en una central de generación distribuida, debido a que en la misma se han suscitado fallas ocasionando daños en los equipos de protección, a su vez se ha considerado una futura expansión. Para lo cual se realizó mediciones de resistividad del suelo y resistencia de puesta a tierra mediante el Std. IEEE 81, obteniéndose valores de hasta 40,4 Ω-m y 986 Ω respectivamente a lo largo del terreno y los puntos comunes de tierra. Posteriormente se modeló los sistemas en ETAP; en condiciones actuales con el valor de resistividad del suelo de 23,57 Ω-m, determinándose una resistencia de 0,588 Ω, y un voltaje de toque de 854,4 V, el cual excede los valores tolerables de la normativa, así también acorde al modelamiento de las esferas rodantes para el sistema de apantallamiento actual conformado por un pararrayo tipo dipolo; se determinó que la 3 de los generadores se encuentran fuera de la zona de protección y al efectuarse una expansión este conjunto de protecciones no prestarían las garantías necesarias para el buen funcionamiento de la central. Para lo cual se plantearon mejo- ras al sistema; las cuales se comprobaron mediante simulación; obteniéndose valores de puesta a tierra de 0,414 Ω y voltaje de toque de 589 V los cuales están dentro de los límites permisibles, además de diseñarse la expansión
Determination of the optimum power point in photovoltaic panels using the Liu &Jordan model considering fuzzy variables
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This document focuses on solar energy generation, specifically on the optimum point of power delivered by the photovoltaic panel. To reach the end of the study, it is necessary to develop a mathematical model, which must be followed sequentially; it is based initially on the solar model of Liu & Jordan, which allows a study of the amount of incident irradiance on an inclined surface. Followed by dirt as a diffuse variable, how it affects the panel. In addition, climatic variables such as temperature and humidity are considered, variables necessary to obtain the optimum power point. The proposed mathematical model aims to determine the inclination and orientation of the highest solar radiation capture on an inclined surface. Additionally, how to minimize losses due to dirt and climatic variables as they affect their impact on the efficiency of the panel. Finally, based on the aforementioned parameters, results are shown under three considerations: for the data obtained by the UPS meters, inclination and orientation obtained with a compass and inclinometer, the result calculated under the current conditions of the site and finally the calculation under optimum conditions, this determines the optimum power point.
En el presente documento se centra en generación solar, específicamente en el punto óptimo de potencia entregada por el panel fotovoltaico. Para llegar al fin de estudio, es necesario desarrollar un modelo matemático el cual debe seguirse de manera secuencial basado inicialmente en el modelo solar de Liu & Jordan, el cual permite un estudio de la cantidad de irradiancia incidente sobre una superficie inclinada. Seguido por la suciedad como variable difusa, como afecta al panel. Además, se consideran variables climáticas como temperatura y humedad, variables necesarias para la obtención del punto óptimo de potencia. El modelo matemático propuesto tiene como objetivo determinar la inclinación y orientación de mayor captación de radiación solar en una superficie inclinada. Adicionalmente, como minimizar las pérdidas por suciedad y las variables climáticas como afectan su impacto en la eficiencia del panel. Finalmente, en base a los parámetros ya mencionados se muestran resultados bajo tres consideraciones: para los datos obtenidos por los medidores de la UPS inclinación y orientación obtenidos con brújula e inclinómetro, resultado calculado bajo las condiciones actuales del emplazamiento y por último el cálculo bajo condiciones óptimas, con esto se determina el punto óptimo de potencia
Regulación Primaria de Frecuencia Mediante Sistemas de Almacenamiento de Energía con Baterías en el Sistema Eléctrico Ecuatoriano
Get PDFThe new technical challenges associated to the connection of dynamic loads, regional grid interconnections, and a higher participation of renewable energies have caused drastic changes in the typical dispatch approaches of generation plants and the distribution of load flows. Thus, the stability and reliability of power systems have been gradually affected. In this regard, the battery energy storage systems (BESS) are considered as one of the most outstanding solutions at the moment. BESS are able to contribute to frequency and voltage stability on power systems.
In this paper, the benefits of implementing a storage system for power-frequency (P-f) control in the National Interconnected System (S.N.I. for its Spanish acronym) are modeled and analyzed. For this purpose, the components of the BESS are modeled in DIgSILENT PowerFactory on a reduced data base of the Ecuadorian Interconnected Power System S.N.I., which includes the speed governing systems of the main power plants and the contribution of the Colombian power system through a dynamic equivalent. Finally, an analysis of the impact of batteries under different scenarios is presented, taking into account the uncertainties in the power scheduling.Los nuevos desafíos técnicos asociados a variaciones drásticas en patrones típicos de despacho de centrales de generación y la distribución de flujos de potencia, debido a la interconexión de cargas dinámicas, interconexión con sistemas regionales y diversificación de las fuentes primarias de energía renovable han afectado a la estabilidad y confiabilidad de los sistemas eléctricos. Actualmente, los sistemas de almacenamiento de energía con baterías se constituyen como una de las soluciones más destacadas por su capacidad de contribuir a la estabilidad de frecuencia y voltaje en un sistema eléctrico.
En este trabajo se modela y se analiza las bondades de la implementación de un sistema de almacenamiento para el control de Potencia – Frecuencia (P-f) en el Sistema Nacional Interconectado (S.N.I.). Para ello, se modela en DIgSILENT PowerFactory los componentes del sistema de almacenamiento en una base reducida del Sistema Nacional Interconectado S.N.I., la cual considera los reguladores de velocidad de las principales unidades de generación y mediante un equivalente dinámico se considera el aporte del sistema eléctrico colombiano. Se presenta el análisis del impacto de las baterías en diferentes escenarios teniendo en cuenta las incertidumbres en la programación de la generación
Estimación Del Tiempo De Recuperación De Energía Aplicado En Producción De Hidrogeno Con Fines De Generación Eléctrica
Get PDFA continuación, se presentan los resultados del estudio de estimación de los costos de energía eléctrica, obtenidos mediante resultados de laboratorio y corroborados por la simulación de la energía generada a base de hidrógeno, para revisar la factibilidad en el ámbito económico dentro del consumo doméstico de energía eléctrica. Para ello, se realizó el análisis energético del hidrógeno en el mercado, mediante el factor de recuperación (EPBT) el cual nos da como resultado que debe pasar 1.62 años para que una celda de hidrogeno compense la energía que utilizo. De los resultados obtenidos en laboratorio y del modelo matemático en el cual se utilizó una celda de combustible tipo PEM con 46% de eficiencia para que genere 24V, se puede observar la cantidad de energía que se necesita para producir electricidad y el costo de la energía que se produce, la cual es analizada desde el punto de vista energético, técnico y económico, obteniendo así las fortalezas de ser una energía limpia libre de contaminación ya que su único residuo es vapor de agua, pero con la gran desventaja que en el ámbito eléctrico se producen mayores pérdidas de energía debido a la baja eficiencia de las celdas de combustible
Diseño y Dimensionamiento de un Transformador tipo Zig-Zag para Puesta a Tierra en la Central de Generación Illuchi 1 de ELEPCO
No full textIn this document, the technical-economic study for the specification and design of a Zig-Zag transformer for grounding of Illuchi I generation power plant, is presented. Starting with the creation of a database with the electrical parameters of the elements that are part of from the power station, a model is implemented in the Power Factory software on which power flows and short circuits are executed, the results obtained are analyzed by a DPL programmed script that determines the electrical parameters needed for the earthing transformer specification Zig-Zag. Then, the behavior of the system is verified with the connection of the Zig-Zag transformer and the system of overcurrent protections in the transmission line Illuchi I - The Calvary with the rest of the ELEPCO system is coordinated. Also, an assessment is made of the costs and benefits associated with the implementation of the grounding system using the Zig-Zag transformer. It is important to establish that a correctly selected and designed earthing system provides safety and protection both to people and to the elements of power plants.En este documento se presenta el estudio técnico-económico para la especificación de un transformador Zig-Zag para puesta a tierra de la Central de Generación Illuchi I. Partiendo con la creación de una base de datos con los parámetros eléctricos de los elementos que forman parte de la central, se implementa un modelo en el software Power Factory en el que se ejecutan flujos de potencia y cortocircuitos, los resultados obtenidos se analizan mediante un script programado en DPL que determina los parámetros eléctricos necesarios para la especificación del transformador de puesta a tierra Zig-Zag. Después, se verifica el comportamiento del sistema con la conexión del transformador Zig-Zag en la central y se coordina el sistema de protecciones de sobrecorriente de la línea de transmisión Illuchi I - El Calvario con el resto del sistema de ELEPCO. También, se realiza una valoración de los costos y beneficios asociados a la implementación del sistema de puesta a tierra mediante el transformador Zig-Zag. Es importante establecer que un sistema de puesta a tierra correctamente seleccionado y diseñado brinda seguridad y protección tanto a las personas como a los elementos de las centrales eléctricas
Co-simulación entre PowerFactory y Matlab/Simulink para la simulación de un enlace HVDC integrado al sistema de 39 barras
Get PDFThis paper focuses on the use of the co-simulation tool through the OPC Communication Protocol in its data acquisition (DA) variant, to integrate the Matlab/Simulink and PowerFactory models. Thus, a HVDC link is modeled in the Matlab environment and the 39-bus model is available in PowerFactory. Having this co-simulation environment operational, dynamic tests of the link operation can be performed, and consequently the performance of the controllers on each of the stations of the link can be determined.El presente artículo se enfoca en el uso de la herramienta de co-simulación a través del Protocolo de comunicación OPC en su variante de data adquisition (DA), para integrar los modelos de Matlab/Simulink y PowerFactory. De manera que en el entorno de Matlab se modela un enlace HVDC y en PowerFactory se dispone del modelo de 39 barras. Teniendo operativo este entorno de co-simulación se procede a realizar pruebas dinámicas de funcionamiento del enlace, consecuentemente se puede determinar el rendimiento de los controladores sobre cada una de las estaciones del enlace
Metodología de asociación de información catastral y eléctrica mediante herramientas SIG y SQL: Caso de estudio Quito, Ecuador
Get PDFThis study develops a methodology for the unification of electricity and cadastral data through the combined application of GIS and SQL tools. The main spatial joining techniques used are: spatial intersection, entity joining by attributes, and proximity analysis. In addition, mainly SQL algorithms for data comparison and selection were applied. As a case study, we used cadastral and electricity information of the customers regulated by Empresa Eléctrica Quito (EEQ) within the urban area of Quito. It was possible to join 25% of the total data. Furthermore, it was found that the spatial distribution of the unified data is homogeneous within the study area, and is quantitatively representative in most of the areas. Finally, the results were checked by means of an on-site validation, thus verifying the validity of the proposed methodology. According to the results obtained, the joining methodology presented in this study can be replicated in other areas with similar characteristics to the data used, thus obtaining an important input for the definition of energy indicators for energy qualification, comparison, or categorization of buildings.En el presente estudio se desarrolla una metodología para la unificación de datos eléctricos y catastrales mediante la aplicación combinada de herramientas SIG y SQL. Las principales técnicas de unión espacial utilizadas son: intersección espacial, unión de entidades por atributos y análisis de proximidad. Además, fueron aplicados principalmente algoritmos SQL de comparación y selección de datos. Como caso de estudio se utilizó información catastral y eléctrica de los clientes regulados por la Empresa Eléctrica Quito (EEQ) dentro del casco urbano de Quito. Se logró unificar el 25 % del total de registros. Además, se encontró que la distribución espacial de los datos unificados es homogénea dentro del área de estudio, y es cuantitativamente representativo en la mayor parte de parroquias. Finalmente se comprobaron los resultados mediante una validación en sitio, con lo que se verificó la validez de la metodología planteada. En base a los resultados obtenidos, el procedimiento de unificación expuesto en este estudio, puede ser replicado en otras zonas cuya información presente características similares a los datos manejados y así obtener un insumo importante para la definición de indicadores energéticos para calificación energética, comparativa o categorización de edificaciones
Modelo predictivo de recomendación para el despacho energético del complejo Hidroeléctrico Paute
Get PDFThis work proposes to make the most of the water resource used for the generation of electricity in Ecuador. Three models based on artificial intelligence have been made for the Mazar, Molino and Sopladora hydroelectric plants that belong to the Paute-Integral hydroelectric complex. For the implementation of the predictive recommendation algorithms, the behavior of the Mazar, Molino and Sopladora plants was first modeled, after which optimization was carried out to maximize electricity generation according to the capacity of the hydroelectric plants and hydrology. Finally, with the results obtained, it is observed that the maximization of electricity generation is achieved for the Mazar and Molino plants. Regarding the Sopladora plant, whose energy dispatch depends directly on the electricity generation of the Molino plant, the evaluation point remains to measure the impact produced by the optimization of the Molino plant.El presente trabajo propone aprovechar al máximo el recurso hídrico utilizado para la generación de energía eléctrica en el Ecuador. Se ha realizado tres modelos basados en inteligencia artificial para las centrales hidroeléctricas Mazar, Molino y Sopladora que pertenecen al complejo hidroeléctrico Paute-Integral. Para la implementación de los algoritmos predictivos de recomendación, primero se modeló el comportamiento de las centrales Mazar, Molino y Sopladora, posterior a lo cual se procedió a la optimización para maximizar la generación eléctrica acorde a la capacidad de las centrales hidroeléctricas y la hidrología. Finalmente, con los resultados obtenidos, se logra la maximización de la generación eléctrica para las centrales Mazar y Molino. Respecto a la central Sopladora, cuyo despacho energético depende directamente de la generación eléctrica de la central Molino, queda como punto de evaluación medir el impacto producido por la optimización de la central Molino
Subastas de Recursos Energéticos Distribuidos para Empresas Eléctricas de Distribución
Get PDFThis article proposes a methodology to auction distributed generation projects, based on the solution of a simplified mixed-integer optimization problem (MILP- Mixed-integer linear programming - MILP) that assigns the accepted projects for their incorporation in the Companies of Distribution (ED).
The optimization problem selects the optimal projects by activating a binary variable, which considers as a restriction the maximum capacity of energy and power pre-established for the auction process, based on previous planning. For this purpose, an application (APP) with a graphical interface is also developed that facilitates the user to enter data and analyze the results.En este artículo se propone una metodología para la subasta de proyectos de generación distribuida, con base a la solución de un problema de optimización entero mixto (Mixed-integer linear programming - MILP) simplificado que asigna los proyectos aceptados para ser incorporados en las Empresas de Distribución (ED).
El problema de optimización selecciona los proyectos óptimos mediante la activación de una variable binaria, que considera como restricción la capacidad máxima de energía y potencia preestablecida para el proceso de subasta, con base a una planificación previa. Para el efecto se desarrolla además una aplicación (APP) con interfaz gráfica que facilita al usuario el ingreso de datos y el análisis de resultados