Ingeniería Energética

EDITORIAL

Modelo dinámico para lámparas de descarga de alta intensidad en alta frecuencia

En este trabajo se desarrolla el modelado dinámico de lámparas de descarga de alta intensidad (HID en inglés), de manera que pueda contribuir al desarrollo posterior de un sistema de control avanzado sobre la etapa de potencia de un balasto electrónico, que permita operar este tipo de lámparas en alta frecuencia. El modelo tiene en cuenta la presencia del fenómeno de la resonancia acústica (RA), que usualmente se presenta en las lámparas HID a frecuencias elevadas. Para el modelado se emplean técnicas híbridas, teniendo como punto de partida las ecuaciones de balance de energía en el interior de la lámpara, en tanto para la parametrización, se aplica identificación de sistemas y optimización mediante algoritmos genéticos. La implementación del modelo se realiza con el software Matlab R2011a. Como resultado se obtiene un modelo dinámico para lámparas HID en alta frecuencia, validado para lámparas de alta presión de sodio

In this paper the dynamic modeling of high intensity discharge lamps (HID) is developed. This will contribute to the further development of an advanced control system on the power stage of an electronic ballast, which allows these lamps operate at high frequency. The model must take into account the presence of the acoustic resonance's phenomenon (AR), which usually occurs when HID lamps operates at high frequency. Hybrid modeling techniques were employed, the balance equations and the empirical expressions were obtained and the model was parameterized by identification techniques and optimization based on genetic algorithms. The implementation of the model has performed using Simulink tool of Matlab R2011a software. As a result, a dynamic model for HID lamps in high frequency has achieved and validated for high-pressure sodium lamps (HPS)

Modelación de sistemas de puesta a tierra para evaluación de sobretensiones transitorias

En plantas generadoras y en subestaciones se requieren sistemas de puesta a tierra (SPT) espaciosos, con configuraciones complejas como parte del sistema de protección contra rayos. Las corrientes provocadas por una descarga atmosférica pueden causar altas tensiones en los cables de señales ubicados cerca de los SPT. Estas tensiones transitorias pueden causar falsas señales, las cuales provocan un mal funcionamiento de la instrumentación electrónica. Determinar medidas de protección contra rayos requiere del conocimiento de la máxima elevación de la tensión entre el SPT y la tierra remota. El presente trabajo propone una metodología para analizar el comportamiento transitorio de redes de tierra. La técnica se basa en considerar los diferentes segmentos de la malla de tierra como elementos de líneas de transmisión. Para desarrollar esta metodología se utilizó el software MATLAB-Simulink. Los resultados se validan por comparación con modelos basados en la teoría del campo electromagnético publicados en la literatura

In generating plants and substations spacious grounding systems with complex configuration as part of the protection system against lighting, are required. The current caused by an atmospheric discharge can cause high voltages in the signal cables located near the grounding systems. These transient voltages may be the reason for the occurrence of false signals, which can cause malfunctioning and of electronic instruments. The knowledge of maximum elevation of voltage between the grounding systems and the remote ground is required to determine protection against lightning. This paper proposes a methodology to analyze the transient behavior of grounding grid. The technique is based on considering the different segments of the ground grid as elements of transmission lines. For modeling the grounding systems behavior in its transient state faster, the MATLAB-Simulink software was used. The results were validated by comparing them with models based on the electromagnetic field theory published in the literature

Parámetros comparativos de células fotoeléctricas para generación de energía: implementación de banco de pruebas usando DSP

Las tecnologías utilizadas en los módulos solares se distinguen principalmente por la eficiencia de conversión energética. En consecuencia, la selección del panel fotovoltaico es determinante para el rendimiento a largo plazo de una instalación generadora fotovoltaica. Por lo cual, dicha selección debe estar soportada por resultados experimentales obtenidos bajo un entorno de operación específico. En el artículo se implementa un banco de prueba para obtener de manera experimental los parámetros característicos de un módulo solar, se analiza la eficiencia de conversión energética y otros parámetros correlacionados que inciden directamente sobre el rendimiento de un generador fotovoltaico. Los resultados obtenidos demuestran que el uso de un sistema de prototipado rápido mediante open hardware, como es el caso del kit de desarrollo TMS320F28335, permite construir fácilmente un banco de prueba de sistemas de generación fotovoltaica. Esto último, justificado por el bajo costo de dichos dispositivos y su facilidad de programación

The technologies used in solar modules are distinguished mainly by the energy conversion efficiency. Consequently, the module selection is critic to the long term performance of photovoltaic generating facility. Therefore, the selection must be supported by experimental results obtained under a specific operation condition. The article implements an experimentally test for obtain the characteristic parameters of a solar module, we analyze the energy conversion efficiency and other correlated parameters that directly affect the performance of a photovoltaic generator. The results show that the use of a rapid prototyping system using open hardware, such as TMS320F28335 development kit makes it easy to build a test photovoltaic generation systems. Latter justified by the low cost of such devices and ease of programming

Limpieza de patrones q,φ,n de descargas parciales

La medición de descargas parciales (DP) se sustenta en la detección y filtraje de pulsos de corriente que aparecen en una banda de frecuencia que abarca desde los kilohertzios hasta los gigahertzios, por tal motivo los detectores de descargas parciales (DDP) poseen sistemas para desagregar dichos pulsos de corriente. Sin embargo, los DDP también permiten el paso de otras señales de alta frecuencia (ruidos) que se mezclan con los pulsos de DP y afectan la medición, interpretación y caracterización de las DP. Para atenuar ese efecto, se han desarrollado distintas técnicas para separar los ruidos tanto asociados a las señales como los existentes en los patrones q,φ,n. En este artículo se presentan los resultados obtenidos en la reducción de los ruidos asociados a la conmutación de tiristores y los ruidos esporádicos, de los patrones q,φ,n, mediante el empleo de técnicas de procesamiento de imágenes digitales

The measurement of partial (PD) discharges is sustained in the detection and filtration of current pulses which appear in a band of frequency that include from the kilohertz until the gigahertzios, for such a reason the detectors of partial (PDD) discharges they possess systems for the separation of this current pulses. However, PDD also allows the step of other signals of high frequency, denominated noises, that mix with the pulses of PD and they affect measurement, interpretation and characterization of PD. To attenuate that effect, different techniques have been developed to separate the noises so much associated to the signs like the existent ones in the q,φ,n patterns. In this paper are presented the results obtained in the noise reduction of the noises associated to the thyristor's commutation and the sporadic noises, in the q,φ,n patterns by means of the technical of digital images processing

Reenganche automático en circuitos de distribución con generación distribuida

RESUMEN Las redes de distribución han sido diseñadas tradicionalmente para que la potencia fluya en un solo sentido. La introducción de las unidades de generación distribuida hace que esta consideración ya no sea cierta, lo que traerá consigo nuevos retos para la operación y el diseño de estas redes. Una de las áreas afectadas en este sentido son la de las protecciones eléctricas, sobre todo la protección anti-aislamiento o separadora, y en especial cuando se utiliza reenganche automático, típico en las redes eléctricas de media tensión. El presente artículo realiza un estudio del reenganche automático en una subestación típica cubana que presenta generación distribuida fuel y diesel. Inicialmente se hace una breve revisiónde la literatura y los resultados se presentan por medio de simulaciones en el software Matlab - Simulik (versión 7.4). La simulación confirma la existencia del problema y para ello se plantean las posibles soluciones

Distribution networks traditionally have been designed so that the power flows in one direction only. The introduction of distributed generation units makes this consideration is no longer true, which will bring new challenges for the operation and design of these networks. One of the areas affected in this regard are the electrical protections, especially the anti-isolating or separating, especially when automatic reclosing is used. The automatic reclosing is typical in middle voltage networks. In present article is carried out a study of automatic reclosing on a Cuban typical substation that presents distributed generation diesel and fuel. Initially a short review of the literature is made and the results are presented by means of the simulations from Matlab -Simulik (version 7.4) software. The simulation confirms the existence of this problem and possible solutions arise

Modelado y simulación de un panel fotovoltaico empleando técnicas de inteligencia artificial

El trabajo presenta la modelación del comportamiento energético y la determinación de los parámetros del circuito equivalente de un panel fotovoltaico con el empleo de técnicas de inteligencia artificial. Para tal efecto, se desarrolló en Matlab un algoritmo genético que permite obtener los parámetros físicos no brindados por los fabricantes para la implementación de funciones matemáticas que se homologuen al comportamiento dinámico de un panel solar. El algoritmo desarrollado en Matlab permite determinar, además, la eficiencia del algoritmo seguidor del punto de máxima potencia del inversor, el cual es un parámetro de no simple obtención o no determinado en condiciones de campo. Finalmente, el algoritmo se probó satisfactoriamente en un panel solar monocristalino de 50W obteniendo adecuados resultados en comparación con el modelo experimental para diferentes niveles de irradiación solar. Los resultados demuestran que el proceso desarrollado constituye una herramienta que puede ser aplicada a paneles fotovoltaicos en condiciones de campo

The paper presents the modeling of the energy behavior and determination of equivalent circuit parameters for a photovoltaic panel using artificial intelligence techniques. For this purpose, it was performed a genetic algorithm in Matlab, which calculates the physical parameters not provided by manufacturers to implement mathematical functions that approve the dynamic behavior of a solar panel. In addition, the algorithm can determine the efficiency of the maximum power point tracking algorithm of the inverter, which is a parameter of not simple obtaining or not determined under field conditions. Finally, the algorithm was successfully tested in a monocrystalline solar 50W panel with excellent results, compared to the experimental model for different levels of solar irradiation. The results demonstrate that the developed process is a tool that can be applied to photovoltaic panels under field conditions

Aplicación de modelos de regresión lineal para determinar las armónicas de tensión y corriente

En este artículo se evalúan las armónicas individuales de tensión como función de las armónicas individuales de corriente usando los análisis estadísticos de regresión lineal simple, regresión polinomial y regresión lineal múltiple. Para la selección del modelo, se usan el coeficiente de determinación R² y el criterio de información de Akaike (AIC). Se utiliza como caso de estudio un sistema eléctrico de un proceso minero ubicado en la región de Atacama Copiapó Chile, que ocupa la técnica de electro obtención de cobre como parte principal de su proceso productivo. Se muestran y comparan los resultados para los distintos modelos estadísticos y se discute la información de éstos para el estudio de calidad de energía. Finalmente, usando el modelo que mejor se ajusta a las mediciones de armónicas de tensión y corriente, se muestran algunas predicciones para la componente armónica dominante de tensión

This paper assesses the individual voltage harmonics as a function of the individual current harmonics using the statistical analyses of simple linear regression, polynomial regression and multiple linear regression. For model choice, the coefficient of determination R² and Akaike information criterion (AIC) are used. A mining process electrical system located in the Atacama Copiapó Chile, is used as a case study. This uses the technique copper electrowining as the main part of its production process. The results for different statistical models are shown and their information discussed for the power quality study. Finally, using the model that better fits to the measurements of voltage and current harmonics, some predictions for the dominant voltage harmonic are shown

Accionamiento de un ventilador industrial para prueba de aerogeneradores

En este trabajo se implementó el control de un ventilador industrial utilizado para prueba de aerogeneradores, el cual es empleado como un dispositivo interno en la elaboración de un túnel de viento, para realizar pruebas de medición de viento. El proyecto consistió en regular la velocidad de un ventilador industrial utilizado en un túnel de viento, para realizar pruebas de sistemas de control en aerogeneradores, generándose señales de viento reguladas en valores constantes, ó que sigan un perfil definido por una base de datos de valores reales medidos con un anemómetro. Para implementar el sistema de control y la comunicación de los dispositivos, se empleó un procesador digital de señales (PDS de Texas Instruments EZDSP2407), que actúa como interfaz para transmitir los datos entre el entorno de programación (VisSim Embedded Control Developer (ECD)). Además se utilizó un variador de velocidad de 3HP de la marca SIEMENS modelo Micromaster 420

In this work, a fan control industrial wind turbines used for test, which is used as an internal device in the development of a wind tunnel for testing wind measurement. The project consists of regulating the speed of an industrial fan used in a wind tunnel to test control systems in wind turbines, wind generating regulated signals in constant, or to follow a profile defined by a database of values actual measured with an anemometer. To implement the control system and communication devices, in this project employed a digital signal processor (DSP from Texas Instruments EZDSP2407), which acts as an interface to transmit data between the programming environments (VisSim Embedded Control Developer (ECD)). Also uses a variable speed 3HP SIEMENS Micromaster model 420

Estudio sobre el almacenamiento de agua helada en los sistemas de climatización centralizados

El desarrollo de este artículo se basa en el estudio del almacenamiento de agua helada en los sistemas de climatización. Para desplazar el consumo eléctrico fuera del horario pico, como herramienta para pretender incrementar la eficiencia energética y disminuir el costo de la energía eléctrica en los hoteles con clima tropical. Para ello se procede a la estimación del perfil de carga térmica del hotel Jagua mediante el software TRNSYS, diseño y comprobación del sistema de almacenamiento de agua helada incorporado a las condiciones actuales de la instalación mediante modelos matemáticos que describen su funcionamiento. El objetivo es, evaluar e ilustrar los posibles efectos cuantitativos y cualitativos del almacenamiento de agua helada en el sistema de clima centralizado de la edificación. El trabajo que se presenta se enmarca en los esfuerzos para desarrollar el uso de tecnologías sustentables y la evaluación de sistemas industriales asistidos por computadora en Cuba

The development of this paper is based on the study of cold water storage in air conditioning systems. To offset power consumption off-peak, as a tool to increase energy efficiency claim and reduce the cost of electricity in tropical hotels. To do this we proceed to estimate the thermal load profile Jagua by TRNSYS software, system design and testing of chilled water storage built into the current conditions of the system using mathematical models to describe their operation. The objective is to evaluate and illustrate the quantitative and qualitative effects of cold water storage in the building centralized climate system. The work presented is part of the efforts to develop the use of sustainable technologies and evaluation of computer-aided industrial systems in Cuba

Método de inverso de la potencia de la distancia para estimar la velocidad del viento

El aprovechamiento del potencial energético del viento requiere obtener suficientes y adecuadas mediciones de la velocidad y la dirección del viento. A partir de estas se modela el comportamiento de estas variables y se calculan los parámetros que caracterizan el potencial; con estos resultados se diseñan los parques eólicos seleccionando los aerogeneradores más convenientes, determinando sus ubicaciones espaciales y diseñando la infraestructura tecnológica. La presente investigación tiene como objetivo resolver uno de los problemas prácticos más comunes durante este proceso: la ausencia de suficientes datos medidos. La solución que se propone se basa en la estimación de los datos ausentes mediante el Método de Inverso de una Potencia de la Distancia, el cual es aplicado a un caso de estudio denominado Colina 4. Los resultados muestran que el método es viable para cualquier caso semejante y que los valores estimados son coherentes con los datos medidos

The use of the wind energy potential requires obtaining sufficient and appropriate measurements of velocity and wind direction. From these measurements, the behavior of these variables is modeled and the parameters of this potential are calculated; with these results the wind farms are designed, selecting the most convenient wind turbines, determining their space locations and designing the technological infrastructure. The present research aims to solve one of the most common practical problems during this process: the absence of sufficient measured data. The solution proposed is based on the estimation of the missing data by means of the Inverse of a Power of the Distance Method, which is applied to a case of study named Colina 4. The results show that the method is viable for any similar case and that the estimated values are coherent with the measured data

Análisis del ciclo de vida de la generación distribuida en Cienfuegos

Este trabajo evalúa y compara el perfil ambiental de la generación distribuida con respecto a otras fuentes de generación de energía eléctrica en la provincia de Cienfuegos. Se toma como referencia la metodología de Análisis de Ciclo de Vida (ACV) que aparece en la serie de normas NC ISO 14040 y se complementa con el método de evaluación por categorías de impacto: ECO-SPEED, soportado por la herramienta informática OPENLCA 2.1. Además se emplea el programa estadístico STATGRAPHICS 15 para el análisis de los datos y del paquete de programas DECISION-TOOLS5.1 para el análisis de riesgo. Como resultado de la aplicación del análisis de ciclo de vida a la generación distribuida de electricidad se proponen una serie de medidas que de ser aplicadas en las centrales de generación distribuida de energía eléctrica, contribuirán a la disminución del consumo de los recursos y del impacto ambiental que se produce

This work evaluates and compares the environmental profile of the distributed electric power generation in front of other power sources in the province of Cienfuegos. The life Cycle Assessment Methodology of (LCA) presented in the NC ISO 14040 series of standards is taken as reference and it is complemented with the appraisal method by impact categories: ECO-SPEED, supported by the software OPENLCA 2,1. The statistical Software STATGRAPHICS15 is used for the data analysis and the software DECISION-TOOLS 5,1 for the risk assessment. As a result of the application of the life cycle assessment to the distributed electricity generation is presented a set of actions for improve the consumption of the resources and of the environmental impact of the main stations of distributed electric power generation

Sistema de refrigeración solar por absorción para la comunidad de Kumay en Ecuador

En el Ecuador existen muchas zonas aisladas, no electrificadas aún, especialmente en la provincia de Pastaza, en este artículo se presenta un sistema de refrigeración por absorción solar como una alternativa para la climatización de un consultorio médico en la Comunidad de Kumay. Se realiza el cálculo de la estimación de carga térmica en el consultorio médico empleando el software Carrier E20, el cual arroja una necesidad de enfriamiento de 10 kW o 2,84 toneladas de refrigeración (TR). El sistema de refrigeración por absorción con energía solar propuesto está formado por una máquina de absorción, simple efecto de la marca ClimateWell 10, con 10 kW de potencia de enfriamiento que utiliza como absorbente el par cloruro de litio y agua, requiriéndose un área de captación de energía solar de 30 m² que será entregada con diez colectores de tubos al vacío marca Thermomax, Modelo Solamax 30

In Ecuador there are many non-electrified remote areas, especially in the province of Pastaza, in this article a solar absorption cooling system is presented as an alternative for the air conditioning of a doctor's office (medical clinic) in Community Kumay. The calculation of the estimated thermal load on the doctor's office is done using the software Carrier E20, which throws a necessity of cooling of 10 kW or 2,84 tons of refrigeration. The solar cooling system consist in an absorption machine of single effect, ClimateWell 10, with 10 kW of cooling power that uses as absorbent the lithium chloride and water pair, this system required an area of reception of solar energy of 30 m² that will be given with 10 vacuum tube collectors Thermomax, Model Solamax 30

Estudio de fenómenos transitorios en circuitos eléctricos de primer orden

Este trabajo expone una metodología para estudiar procesos transitorios de corriente alterna y directa, en circuitos eléctricos lineales con un solo elemento almacenador de energía, empleando un sistema de instrumentación con una computadora y una tarjeta de adquisición de datos que permitió generar un tren de pulsos para sustituir los dispositivos de conexión y desconexión de la fuente. Se presentan los modelos matemáticos de los procesos transitorios, en presencia del tren de pulsos y para la combinación de este en serie con una fuente de señal sinusoidal; así como el diseño, la implementación de la práctica de laboratorio y las características instantáneas de tensión y corriente en los elementos almacenadores de energía, lo que permitió estudiar estos procesos y probar la coherencia de los resultados con los modelos obtenidos y las leyes de los procesos transitorios; estos además fueron contrastados con los cálculos teóricos y las simulaciones realizadas

This work presents a methodology to study transient processes of direct and alternating current, in linear circuits with a single energy storage element, using an instrumentation system with a computer and a data acquisition card, which generates a train of pulse to replace devices connecting and disconnecting the source. Mathematical models were obtained for transient processes in the presence of the pulse train and the combination of the pulse train in series with a sinusoidal signal source, allowing study these processes and test the structural similarity of models obtained both when connecting and disconnecting the circuit using switches. The lab was designed and implemented, obtaining the instantaneous characteristics of voltage and current in the energy storage elements. The results are consistent with the models obtained and the laws of transient processes and also were compared with theoretical calculations and measurements made with digital tools, corroborating its veracity

Sistema informático para la creación de proyectos de obras eléctricas

Las inversiones que se realizan sobre la red eléctrica de Cuba son realizadas por las Direcciones de Inversiones de las Empresas Eléctricas Provinciales. Toda inversión necesita un proyecto que permita calcular el presupuesto correspondiente. Actualmente el proceso de creación de proyectos está siendo afectado por varios inconvenientes. La Empresa de Tecnología de la Información y la Automática de la Unión Eléctrica desarrolla el Sistema Integral de Gestión de Redes el cual controla, simula y automatiza todos los componentes y acciones que se realizan sobre las redes. Como parte de este sistema se desarrolló el Módulo de Proyectos, que está destinado a automatizar el trabajo de los proyectistas en las empresas eléctricas. El resultado final es el expediente que contiene toda la información de la obra y el cálculo del presupuesto. Las opciones del programa han permitido organizar la información, evitar los proyectos irrealizables y estandarizar procedimientos en todo el país

The Cuban power grid investments (state maintenance, new services, enhancements or withdrawals) are made by Investments Groups of Provincial Electricity Companies. Any of those needs a project, to calculate the budget needed to carry out the work. Currently the process is being affected by several drawbacks, resulting in failure at the time of rendering the services. The Company of Information and Auto Technologies develops a large information system called Integrated Network Management System which controls, simulates and automates all components and actions taken on the transmission and distribution networks. As part of this system was developed a Module of Electric Plans designed to automate the work of the designers. The final result of the work is the files that contain all budget calculation. Different program options are developed to organize the information, avoid unrealistic project planning and standardize procedures across the country

Nueva evaluación y propuesta de un esquema de sincronización para la conexión a la red de convertidores estáticos de potencia en presencia de perturbaciones de la red eléctrica

The paper starts by casting new light to the existing Phase Lock Loop (PLL) schemes used to synchronize the static converters with the grid under utility disturbances. Two approaches are pursued to detect the fundamental harmonic of the positive-sequence component of the grid voltages in presence of the disturbances. Arithmetical approaches improve the operation of the basic PLL circuit by making robust the PLL algorithm. Structural approaches improve the operation of the basic PLL circuit by adding a block intended to cope with the disturbances. This paper considers the structural approach and shows that it works by either post processing the detected grid quantities or preprocessing the grid voltages. Afterwards, the paper proposes an improved PLL scheme termed as double processing (DP) PLL scheme since it includes preprocessing and post processing functionalities. By properly designing the scheme parameters, it is proved that the proposed scheme exhibits superior robustness against the utility disturbances

El artículo realiza una descripción de los principales esquemas de lazos de enganche de fases (PLL según sus siglas en inglés) usados para sincronizar convertidores estáticos de potencia en una red eléctrica en presencia de perturbaciones eléctricas. Se profundiza en dos esquemas principales para la detección de la componente de secuencia positiva del armónico fundamental. Un enfoque aritmético mejora la operación del esquema PLL básico haciéndolo más robusto. Un enfoque estructural mejora la operación del esquema PLL básico por la acción de un bloque auxiliar que elimina el efecto perturbador presente en la red eléctrica. Este artículo considera el enfoque estructural y muestra cómo funciona tanto la detención de las variables eléctricas post procesadas o el preprocesamiento de la tensión de la red. Posteriormente se propone un esquema de PLL mejorado llamado lazo de enganche de fase con doble procesamiento. Se demostró mediante simulación la superioridad del esquema propuesto ante sus similares aún en condiciones perturbadas de la red eléctrica