Revista Técnica “energía”
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Evaluación del efecto de las Variables Meteorológicas en el desempeño Térmico de una Edificación residencial a Partir de Datos Monitoreados
Get PDFStrategies to promote the efficient use of energy and thermal comfort have been actions applied worldwide. Being the variation of temperature a worrying factor for governments due to the influence to achieve the energy goals proposed by the SDGs. In this sense, the thermal behavior inside a building could be related to external conditions and can be estimated through energy simulation tools. However, the results present different levels of uncertainty due to the quality of the meteorological data, the properties of materials, the occupation patterns, as well as the complexity of generating thermal evaluation processes. Against this, experimental measurements to evaluate the real state of a building and thus predict its behavior with respect to the meteorology can have a great contribution. In this context, this study develops a methodology to evaluate the incidence of climate in the thermal behavior of a building. The evaluation is carried out in an experimental prototype house located in an equatorial region monitored for approximately one year. With the available data, validated linear regression models were developed to estimate the behavior of the interior temperature as a function of one or more environmental variables. The results of the internal air temperature prediction model show an R2 of 0.41, in the worst case when only ambient temperature is available for the prediction, and an experimental error of 10%. Therefore, the methodology can be replicated in buildings of different uses, climate and adjusted to the availability of data.Las estrategias para promover el uso eficiente de energía y el confort térmico han sido acciones aplicadas mundialmente. Siendo la variación de temperatura un factor preocupante para los gobiernos debido a la influencia por alcanzar las metas energéticas propuestas por los ODS. En este sentido, el comportamiento térmico al interior de una edificación podría estar relacionado a las condiciones externas y se pueden estimar a través de herramientas de simulación energética. Sin embargo, los resultados presentan diferentes niveles de incertidumbre debido a la calidad de datos meteorológicos, las propiedades de los materiales, los patrones de ocupación, así como la complejidad de generar procesos de evaluación térmica. Frente a esto, mediciones experimentales para evaluar el estado real de una edificación y así predecir su comportamiento respecto a la meteorología pueden tener un gran aporte. En este contexto, este estudio desarrolla una metodología para evaluar la incidencia del clima en el comportamiento térmico de una edificación. La evaluación se realiza en una vivienda prototipo experimental localizada en una región ecuatorial monitoreada por aproximadamente un año. Con los datos disponibles, se desarrollaron modelos de regresión lineal validados para estimar el comportamiento de la temperatura interior en función de una o varias variables ambientales. Los resultados del modelo de predicción de la temperatura interna del aire presenta un R2 de 0.41, en el peor de los casos cuando se disponga solo de la temperatura ambiente para la predicción, y un error experimental del 10%. Por lo tanto, esta metodología puede ser replicada en edificaciones de diferentes usos, clima y ajustada a la disponibilidad de datos
Reducción de la distorsión armónica total a través de generación fotovoltaica y el filtro activo unificado (UAPF)
Get PDFIn the present research work, a harmonic current compensation method called Unified Active Power Filter is proposed, which has as its source an array of solar panels together with a boost converter that is abbreviated UAPF-PV, which is designed to be able to work in low voltage distribution networks, in order to reduce the harmonic component of current. This method uses two types of active filters, one of them is the series filter which uses transformers, the principle is to compensate the harmonics that are present in the voltage. The next type is the parallel power filter, in this way it compensates for current harmonics. The analysis was carried out in an IEEE 13-bar system in which a non-linear load is integrated in the 7th bar of the mentioned system. In this case, the components of voltage, current and the total harmonic component present in bus 7 of the system and in the load were analyzed. The results obtained were the decrease in current and voltage harmonics in bus 7 of the system, where it went from having 13.5% to 6% in the THDi IEEE 1159 and resolution No. ARCERNNR -017/2020.En el presente trabajo de investigación se propone un método de compensación de corrientes armónicas llamado Filtro de potencia activo unificado que tiene como fuente un arreglo de paneles solares junto con un convertidor elevador que por sus siglas en inglés es abreviado UAPF-PV, el cual está diseñado para poder funcionar en redes de distribución de baja tensión, con la finalidad de reducir la componente armónica de corriente. Este método utiliza dos tipos de filtro activos, uno de ellos es el filtro serie el cual usa transformadores, el principio es el de compensar los armónicos que están presentes en el voltaje. El siguiente tipo es el filtro de potencia paralelo, de esta manera compensa los armónicos de corriente. Se realizó el análisis en un sistema de 13 barras de la IEEE en el cual integra una carga no lineal en la 7ma barra del sistema mencionado. En este caso se analizaron las componentes de voltaje, corriente y la componente armónica total presente en la barra 7 del sistema y en la carga. Los resultados obtenidos fueron la disminución de armónicos de corriente y voltaje en la barra 7 del sistema, donde se pasó de tener un 13.5% a un 6% en el THDi IEEE 1159 y la resolución Nro. ARCERNNR -017/2020
Protocolo de pruebas y validación de reguladores de velocidad – Aplicación práctica en la central hidroeléctrica Delsitanisagua
Get PDFThrough control systems and spinning reserve, frequency regulation wants to respond adequately against the instantaneous generation-load imbalances, so that the arisen frequency variations would be properly corrected. Therefore, the capability to regulate the frequency and maintain it within certain limits provides greater security and control over the system operation. Under this context, the development of methodologies that allow a fast and accurate response from the power-frequency control equipment are necessaries. Specifically, from speed governing systems, also known as governors, and which are key players during the Primary Frequency Regulation (RPF).
In this field, the "Subgerencia Nacional de Desarrollo" (SID) of the Ecuadorian system operator (CENACE) is proposing a comprehensive testing framework and tuning methodology for speed governing systems, which were applied with great success at Delsitanisagua hydropower plant. The main achieved results, conclusions, and recommendations are presented in this article.La regulación de frecuencia, a través de mecanismos de control y reservas de generación disponible, busca responder en forma adecuada a las exigencias del sistema eléctrico y corregir así, las variaciones de frecuencias que surgen como producto del desbalance generación y carga. Por lo tanto, la capacidad de regular la frecuencia y mantenerla dentro de ciertos límites otorga mayor seguridad y control sobre la operación del sistema. Bajo este contexto, es necesario el desarrollo de metodologías que permitan la respuesta rápida y precisa de los equipos de control potencia - frecuencia; concretamente de los reguladores de velocidad, también conocidos como gobernadores, que son indispensables en la Regulación Primaria de Frecuencia (RPF).
Dentro de este campo, la Subgerencia Nacional de Investigación y Desarrollo (SID) de CENACE propone un protocolo de pruebas y una metodología de sintonización de reguladores de velocidad, mismos que fueron aplicados con gran éxito en la central hidroeléctrica Delsitanisagua. En este artículo se presentan los principales resultados alcanzados, conclusiones y recomendaciones
Gestión Óptima De La Energía En Un Proceso Paulatino Y Controlado Para Contribuir A La Descarbonización Del Sector Eléctrico
Get PDFThe energy sector is one of the main actors in the production of greenhouse gases and, therefore, becomes the main sector to be intervened not only environmentally but also technically, a decarbonization process of the energy-producing segment contemplates the disconnection of conventional generation systems that use fossil fuels; in exchange for introducing renewable generation systems capable of meeting the demand that was previously supplied by conventional sources. This research provides a perspective to find decarbonization alternatives seeking to determine an adequate process to introduce renewable generation systems, considering economic factors of fuel spending and the cost of implementing the photovoltaic system. For this, simulations of the power system are carried out to determine the optimal power dispatch, in addition to a linear optimization model to minimize the costs on an annual basis through the optimal selection of the installed power of the renewable generation system. Simulations are performed using Matlab and PowerFactory with an IEEE 13-bar system as the test system.El sector energético es uno de los principales actores en la producción de gases de efecto invernadero, lo que lo convierte en el principal sector a ser intervenido de manera no sólo ambiental sino también técnica, un proceso de descarbonización del segmento productor de energía contempla la desconexión de sistemas de generación convencional y que hace uso de combustibles fósiles; a cambio de introducir sistemas de generación renovables capaces de cubrir la demanda que antes era suplida por las fuentes convencionales. Esta investigación brinda una perspectiva para encontrar alternativas de descarbonización buscando determinar un proceso adecuado para introducir sistemas de generación renovable, considerando factores económicos de gasto en combustible y el costo de implementación del sistema fotovoltaico. Para ello se realizan simulaciones del sistema de potencia para determinar el despacho de potencia óptimo, además de un modelo lineal de optimización para minimizar los costos mediante la selección óptima de la potencia del sistema de generación renovable. Las simulaciones se realizan por medio de Matlab y PowerFactory con un sistema IEEE de 13 barras
Multilevel inverter D-STATCOM for reducing total harmonic distortion in a non-linear loads electrical distribution system
Get PDFThe paper presents the D-STATCOM Multilevel Cascade Inverter model is implemented by basing the control on the Synchronous Reference Frame strategy to reduce the current total harmonic distortion. This current harmonic distortion is produced by the presence of a nonlinear load connected to the analysis bus. The harmonic content of the network is evaluated before and after implementing the compensation, with ranges of connection and disconnection times of the compensator, in order to differentiate between distorted waveforms and perfect sine waves and establish the performance of the strategy.
To carry out the development, simulation and analysis of the results of this research, the MATLAB and Simulink platform will be used.El paper presenta el análisis de rendimiento de un Inversor Multinivel en Cascada D-STATCOM para reducir la distorsión armónica total, que basa su control en la estrategia del marco de referencia síncrono.
La distorsión armónica es recurrente en las redes de distribución eléctrica actuales debido a la presencia de cargas no lineal, como electrodomésticos u otros dispositivos que tengan en sus componentes electrónica de potencia.
El funcionamiento del sistema es evaluado antes y después de implementar la compensación. La simulación y análisis de los resultados de esta investigación está validado en el sistema de pruebas de la IEEE de 13 barras, en MATLAB y Simulink, alcanzando excelentes resultados en reducción del contenido armónico del sistema
Hybrid Active Power Filter (APF) with Photovoltaic Generation integration for Voltage Profile Improvement
Get PDFThe present research work presents the design and implementation of a hybrid active power filter (APF), which aims to achieve the correction of voltage levels when they are affected by the integration of photovoltaic generation within the electricity distribution network. To achieve the proposed objective, the spatial vector modulation control technique is used, resulting in the reduction of current and voltage harmonics. The proposed design is tested on the IEEE 13-bar test system, in Simulink- MATLAB. The AFP with the proposed strategy has excellent results, and allows the insertion of photovoltaic energy systems in the distribution stage. Depending on the selection of the high-potential APF, it will be possible to determine how significant the correction is on the voltage profile, a reduction in load disturbances will also be reflected and the compensation of the harmonics will be improved.El presente trabajo investigativo presenta el diseño y la implementación de un filtro activo de potencia (APF) híbrido, que tiene como objetivo lograr la corrección de los niveles de voltaje cuando estos son afectados por la integración de generación fotovoltaica dentro de la red de distribución eléctrica. Para alcanzar el objetivo propuesto, se hace uso de la técnica de control de modulación por vector espacial resultando en la reducción de armónicos de corriente y voltaje. El diseño propuesto se lo prueba en el sistema de prueba de la IEEE de 13 barras, en Simulink- MATLAB. El APF con la estrategia propuesta tiene excelentes resultados, y permite la inserción de sistemas energéticos fotovoltaicos en la etapa de distribución. Dependiendo la selección del APF de alto potencial se podrá determinar cuan significativa es la corrección sobre el perfil de voltaje, también se reflejará una reducción en las perturbaciones de carga y la compensación de los armónicos se verá mejorada
Estado del Arte: Incentivos y Estrategias para la Penetración de Energía Renovable
Get PDFIn recent years, several countries around the world have been promoting initiatives to include Non-Conventional Renewable Energy Resources in their generation systems to replace conventional thermal energy as a measure of action against the adverse effects of climate change. However, such actions usually find barriers or limitations for its implementation, so the analysis of incentive mechanisms and the evaluation of the experience worldwide is essential to continue the incorporation process of these resources. This article presents a comprehensive review of the state of the art about the incentives and strategies for the penetration of Non-Conventional Renewable Energies (NCRE). The integration mechanisms implemented in different regions around world are detailed and analyzed. For this purpose, the common definitions and the most used incentive mechanisms are described. Also, the evolution of this type of technologies in some regions is presented as well as the analysis of their barriers and limitations. Finally, some required recommendations are proposed to overcome these drawbacks. Durante los últimos años, varios países alrededor del mundo vienen impulsando iniciativas para incluir en sus sistemas de generación recursos renovables no convencionales en reemplazo de la energía térmica convencional, como medida de acción contra los efectos adversos del cambio climático, sin embargo tales medidas normalmente encuentran barreras o limitaciones para su implementación, por lo que el análisis de mecanismos de incentivos y la evaluación de la experiencia a nivel internacional es fundamental para continuar el proceso de incorporación de este tipo de tecnologías. En este artículo se presenta una revisión del estado del arte de los incentivos y estrategias para la penetración de Energías Renovables No Convencionales (ERNC). Se detallan y analizan los mecanismos de integración implementados en diversas regiones del mundo; para este propósito, se enumeran los mecanismos de incentivos utilizados y sus definiciones más comunes, se analiza la evolución de este tipo de tecnologías en algunas regiones del mundo, se analizan las barreras y limitaciones que enfrentan las energías renovables para su desarrollo, y se proponen recomendaciones para impulsarlas
Auto – Conversores Sincrónicos: Emulación de Generadores Sincrónicos con Conversores para la Inyección de Inercia Virtual en Sistemas de Potencia de 60 Hz Considerando Auto-sincronización
Get PDFPower generation from renewable resources and smart grid integration are trending topics in power systems nowadays. Nevertheless, they are strengthening the lack of inertia at the operation stage of the modern power systems. This fact has endorsed the emergence of new digital inertia emulation techniques in order to tackle this operative constraint. One of these techniques is the so-called synchronverter (SV) technology, which tries to mimic the operation of a synchronous generator (SG) using DC/AC inverters. Indeed, a SV lets power systems to control grid-connected renewable energy power plants and avoid losing voltage and frequency stability. This paper introduces a variation of the original model of a SV, which is able to synchronize itself with the electrical grid before the connection and track the frequency of the grid after it. Likewise, its power circuit is modified to include a photovoltaic (PV) system and a Maximum Power Point Tracker (MPPT) as DC voltage sources. It and the calculation of the SV parameters at 60-Hz frequency provide a grade of novelty to this research. Finally, the simulation results in MATLAB verify a reliable operation of the proposed SV under variations of active (P) and Reactive (Q) powers over a test grid.La generación de electricidad a partir de fuentes renovables y la integración de las redes eléctricas inteligentes son tendencias en la actualidad de los sistemas eléctricos de potencia. Sin embargo, estos están intensificando la falta de inercia durante la operación de los sistemas modernos. Esto ha conllevado a la aparición de nuevas técnicas que buscan emular la inercia de los sistemas digitalmente, y así resolver esta limitación operativa. Una de estas técnicas es la denominada como conversores sincrónicos (CS) que busca replicar la operación de un generador sincrónico (GS) utilizando conversores CC/CA. De hecho, un SV permite que los sistemas eléctricos de potencia controlen las plantas de energía renovable conectadas a la red y evita la pérdida de estabilidad de voltaje y frecuencia durante su operación. Esta investigación presenta una variación del modelo original del SV, la misma que es capaz de auto sincronizarse con la red antes de su conexión, y además rastrear la frecuencia de la red después de esto. De igual manera, el circuito de potencia del SV ha sido modificado para incluir una planta fotovoltaica (FV) y un controlador de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) como fuentes de voltaje en CC. Esto junto con el cálculo de los parámetros del SV para una frecuencia de 60 Hz brinda novedad a esta investigación. Finalmente, las simulaciones en MATLAB confirman una operación confiable del SV propuesto ante variaciones de potencia activa (P) y reactiva (Q) en una red de prueba
Control orientado de voltaje del sistema de generación de energía eólica conectado a la red
Get PDFIn this work, the behavior of primary wind power disturbances in grid-connected wind power generation systems is analyzed by simulating the voltage oriented control (VOC) of a 2 MW type 4 wind turbine using Matlab/Simulink. In the VOC the currents and voltages are controlled by transforming the stationary abc axes of the grid, in a rotating synchronous frame of dq0 axes using Park\u27s transform, in this way a phase locked loop (PLL) control is used for phase synchronization of the grid with the voltage source converter (VSC) by adjusting the modulation index and phase angle, a voltage control (external loop) where the voltage signals are taken from the direct current bus Vcd that serves as reference to the current output signals on the d-axis and a tuning of 0 on the q-axis for the limitation of reactive power delivery to the grid, a current control (internal loop) that takes the reference signals Idq and together with the current signals from the inverter output, the active and reactive power control is performed by means of a decoupled feedback. As a result, the reference Vdq signals are obtained for the switching of the IGBT\u27s by means of vector space pulse width modulation (SVPWM) delivering at the inverter output the maximum amount of active power delivered by the wind turbine, maintaining the state variables such as voltage and frequency for the grid connection, by means of a stable voltage oriented control to wind input fluctuations.En este trabajo se analiza el comportamiento de las perturbaciones de energía primaria del viento en los sistemas de generación eólica conectados a la red, mediante la simulación del control orientado de voltaje (COV) de un aerogenerador tipo 4 de 2 MW utilizando Matlab/Simulink. En el COV las corrientes y voltajes son controladas transformando los ejes estacionarios abc de la red, en un cuadro síncrono giratorio de ejes dq0 utilizando la transformada de Park, de esta manera se utiliza un control de lazo bloqueado de fase (PLL) para la sincronización de fases de la red con el convertidor de fuente de voltaje (VSC) ajustando el índice de modulación y el ángulo de fase, un control de voltaje (lazo externo) donde se toman las señales de voltaje de la barra de corriente directa Vcd que sirve de referencia a las señales de salida de corriente en el eje d y una sintonización de 0 en el eje q para la limitación de entrega de potencia reactiva a la red, un control de corriente (lazo interno) que toma las señales de referencia Idq y juntamente con las señales de corriente de la salida del inversor, se realiza el control de potencias activa y reactiva mediante una retroalimentación desacoplada. Como resultado se obtienen las señales Vdq de referencia para la conmutación de los IGBT´s por medio de la modulación por ancho de pulso de espacio vectorial (SVPWM) entregando a la salida del inversor la máxima cantidad de potencia activa entregado por el aerogenerador, manteniendo las variables de estado como voltaje y frecuencia para la conexión a la red, mediante un control orientado de voltaje estable a fluctuaciones de entradas del viento
Evaluación del rendimiento de una bomba de calor de expansión directa asistida por energía solar mediante simulación numérica del proceso de estrangulamiento en el dispositivo de expansión
Get PDFThe performance evaluation of a direct expansion solar-assisted heat pump (DX-SAHP) was analyzed using numerical simulation about the throttling process in the expansion device. The experimental system operation parameters were validated by normality test with 95 % confidence. An E2V09SSF expansion valve was modeled for numerical analysis in the ANSYS software Fluent module. The best meshing of the valve generated 263524 elements and 50449 nodes with an excellent skewness metric of 0.2334. Refrigerant temperature and pressure were defined as boundary conditions at valve inlet, besides its velocity. Continuity, momentum and energy equations were used, considering a k-epsilon RNG model. The pressure values of the refrigerant at the expansion device outlet, obtained by simulation, were compared to experimental values that were determined in the DX-SAHP prototype system. The refrigerant pressure, obtained by simulation for a heating time of 0 to 40 minutes, was 161.61, 186.50 and 238.33 kPa. The absolute error between the experimental and simulated pressure was 4.07 kPa, while the relative error was less than 2 %.La evaluación del rendimiento de una bomba de calor de expansión directa asistida por energía solar (DX-SAHP, por sus siglas en inglés) fue analizada mediante simulación numérica del proceso de estrangulamiento en el dispositivo de expansión. Los valores experimentales de operación del sistema fueron validados mediante prueba de normalidad con 95 % de confianza. Una válvula de expansión E2V09SSF fue modelada para el análisis numérico en el módulo Fluent del software ANSYS. El mejor mallado de la válvula generó 263524 elementos y 50449 nodos con una métrica excelente, de 0.2334 de skewness. La temperatura y presión del refrigerante fueron definidas como condiciones de contorno en la entrada del dispositivo de expansión, además de la velocidad. Se utilizaron las ecuaciones de continuidad, momento y energía, considerando un modelo k-epsilon RNG. La presión del refrigerante al salir del dispositivo de expansión obtenidos mediante simulación se comparó con valores experimentales determinados en el prototipo de un sistema DX-SAHP. La presión del refrigerante obtenida mediante simulación para un tiempo de calentamiento de 0 a 40 minutos fue de 161.61, 186.50 y 238.33 kPa. El error absoluto entre la presión experimental y simulada fue de 4.07 kPa, mientras que el error relativo fue inferior a 2 %