Ingeniería Energética

Diseño y simulación de inductor cuadrado integrado en convertidor elevador para aplicaciones fotovoltaicas

RESUMEN La industria de la microelectrónica está en una carrera constante por componentes electrónicos integrados de alta eficiencia para aplicaciones fotovoltaicas. Este artículo presenta un método para dimensionar un inductor en espiral integrado en una aplicación de convertidor elevador fotovoltaico. Estamos interesados en diseñar y dimensionar un inductor en espiral integrado en un convertidor Boost en este trabajo. La incorporación de componentes energéticos pasivos permite reducir el tamaño de estas estructuras a un mínimo requerimiento de espacio asegurando una eficiencia aceptable y mejorando las características de los sistemas de conversión de energía así como reduciendo su coste.El modelo compacto elegido eléctrico,comportamiento magnético y de frecuencia,que contiene todos los parámetros tecnológicos del inductor integrado, se describe mediante expresiones analíticas cuya resolución se realiza mediante el software de simulación COMSOL. Validar las dimensiones geométricas y los parámetros tecnológicos, Hemos simulado el sistema del convertidor solar booster que contiene el circuito eléctrico del inductor espiral mediante el software PSIM.

ABSTRACT The microelectronics industry is in a constant race for high-efficiency integrated electronic components for photovoltaic applications. This paper presents a method of dimensioning a spiral inductor integrated in boost converter application a photovoltaic. We are interested in designing and dimensioning a spiral inductor integrated into a Boost converter in this work. The incorporation of passive energy components allows reducing the size of these structures to a minimum space requirement while ensuring acceptable efficiency and improving the characteristics of energy conversion systems as well as reducing their cost.The chosen compact model's electrical, magnetic and frequency behavior, containing all the integrated inductor technological parameters, is described by analytical expressions whose resolution is made using simulation COMSOL software. To validate the geometric dimensions and technological parameters, We have simulated the system of the solar booster converter containing the electrical circuit of the spiral inductor by software PSIM.

Reconfiguración de bloques de carga en la red de distribución del municipio Camagüey

RESUMEN El municipio Camagüey posee una red de distribución compleja, resultante de la interacción de los circuitos provenientes de sus cuatro subestaciones de transmisión 110/13.8 kV y el uso de bloques de carga.En este trabajo se realizó una evaluación de las posibles combinaciones para la reconfiguración de los bloques de carga con el objetivo de determinar la que resulte más efectiva en la reducción del consumo de energía eléctrica del municipio, mediante la reducción de las pérdidas técnicas.El análisis de las configuraciones de la red de distribución se realizó en el software DigSILENT Power Factory. La validación fue realizada mediante la comparación entre la energía consumida por la red de distribución antes y después de realizar los cambios en la configuración, a partir de las lecturas tomadas de los metrocontadores de las subestaciones. Al cierre de un año de aplicación se ahorraron más de 8215.14 MWh.

ABSTRACT The municipality of Camagüey has a complex distribution network, resulting from the interaction of the circuits coming from their four 110/13.8 kV transmission substations and the use of load blocks. In this work, an evaluation of the possible combinations for the reconfiguration of the load blocks was carried out to determine the one that is most effective in reducing the electricity consumption of the municipality, by reducing technical losses. The analysis of the distribution network configurations was carried out in the DigSILENT Power Factory software. The validation was carried out by comparing the energy consumed by the distribution network before and after making the changes in the configuration, based on the readings taken from the substation meters. At the end of one year of application, more than 8,215.14 MWh were saved.

Empleo de softwares libres en la propuesta de las prácticas de laboratorios para las asignaturas de Circuitos Eléctricos

RESUMEN El objetivo de este trabajo es proponer un sistema de prácticas de laboratorio para las asignaturas de Circuitos Eléctricos en la carrera de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Tecnológica de la Habana, José Antonio Echeverría a partir del empleo de softwares libres, posibilitando un aprendizaje personalizado, autorregulado y colaborativo en los estudiantes. El estudio se basó en una metodología cualitativa descriptiva en la que se utilizaron los métodos de análisis documental y la sistematización de fuentes documentales y como métodos empíricos se empleó la encuesta, para el procesamiento y análisis de la información recopilada se utilizó como método estadístico el cálculo de las frecuencias absolutas y relativas. La muestra para identificar cuáles son los softwares libres más adecuados a utilizar y para orientar las diferentes prácticas de laboratorios virtuales propuestas y cómo llevarlas a cabo, estuvo compuesta por 10 Doctores en Ciencias, 4 Máster en Ciencias y 3 Ingenieros Eléctricos con experiencias en la docencia.

RESUMO O objetivo deste trabalho é propor um sistema de práticas de laboratório para as disciplinas de Circuitos Elétricos na carreira de Engenharia Elétrica da Universidade Tecnológica de Havana, José Antonio Echeverría, a partir do uso de software livre, permitindo um aprendizado personalizado e autorregulado. colaborativo nos alunos. O estudo baseou-se numa metodologia descritiva qualitativa em que foram utilizados os métodos de análise documental e a sistematização de fontes documentais e como métodos empíricos foi utilizado o inquérito, para o tratamento e análise da informação recolhida foi utilizado o cálculo como método estatístico .de frequências absolutas e relativas. A amostra para identificar quais são os softwares livres mais adequados para usar e orientar as diferentes práticas de laboratório virtual propostas e como realizá-las, foi composta por 10 Doutores em Ciências, 4 Mestres em Ciências e 3 Engenheiros Eletricistas com experiência no ensino.

ABSTRACT The objective of this work is to propose a system of laboratory practices for the subjects of Electrical Circuits in the Electrical Engineering career of the Technological University of Havana, José Antonio Echeverría from the use of free software, enabling personalized, self-regulated learning. and collaborative in students. The study was based on a qualitative descriptive methodology in which the methods of documentary analysis and the systematization of documentary sources were used and as empirical methods the survey was used, for the processing and analysis of the information collected the calculation was used as a statistical method. of absolute and relative frequencies. The sample to identify which are the most appropriate free software to use and to guide the different proposed virtual laboratory practices and how to carry them out, was made up of 10 PhDs in Sciences, 4 Masters in Sciences and 3 Electrical Engineers with experience in teaching.

Modelación de convertidores CD- CD por el método de espacio de estado a partir de Scilab

RESUMEN Debido a la importancia que tiene actualmente en el desarrollo de la electrónica de potencia el empleo de los convertidores surge este trabajo investigativo, el cual tiene como objetivo modelar en el software Scilab aplicando el método de espacio de estado convertidores de corriente directa a corriente directa, obteniéndose como resultado el diseño de una aplicación con interfaz gráfica, en su primera versión, que integra las topologías Buck, Boost, Buck-Boost y Cúk, la cual permite el análisis, la experimentación, demostración y diseño de las funciones de los convertidores de corriente directa corriente directa, por lo que se considera de gran utilidad práctica para los ingenieros dedicado al desarrollo de la electrónica. Este tipo de software es generalmente de licencia privada, con un alto costo de adquisición, por lo que sus semejantes, en licencia libre, permiten un mayor alcance entre los estudiantes y especialistas a fines.

ABSTRACT Due to the importance that the use of converters currently has in the development of power electronics, this research work arises, which aims to model in the Scilab software applying the state space method of direct current to direct current converters, obtaining as a result the design of an application with a graphical interface, in its first version, which integrates the Buck, Boost, Buck-Boost and Cúk topologies, which allows the analysis, experimentation, demonstration and design of the functions of the converters of direct current direct current, which is why it is considered of great practical utility for engineers dedicated to the development of electronics. This type of software is generally under a private license, with a high acquisition cost, which is why its similar ones, under a free license, allow a greater reach among students and specialists for purposes.

Adaptación y reprogramación de las partes de un algoritmo, para la reconfiguración redes de distribución

RESUMEN La reconfiguración óptima de redes de distribución es muy importante en la reducción de pérdidas, costos de operación y en la mejora de la seguridad, estabilidad e indicadores de confiabilidad de estas. El trabajo tiene como objetivo reprogramar un algoritmo, que mejore los resultados obtenidos anteriormente. El artículo presenta la adaptación y reprogramación de partes del algoritmo genético de clasificación no dominada II, con una codificación nueva que, a diferencia de autores precedentes, evita la utilización de operadores genéticos modificados y aprovecha mejor las potencialidades del algoritmo. Se auxilia además de la teoría de grafos, para transformar los individuos no factibles y evitar nuevas generaciones de estos, prescindiendo del molesto chequeo de la malla y reduciendo el espacio de búsqueda y la carga computacional. Su eficacia se probó con los sistemas de distribución de prueba de 33 y 70 barras, mostrando resultados prometedores y mejores que propuestas anteriores.

ABSTRACT Optimal distribution networks reconfiguration is very important in reducing losses and operating costs and in improving networks security, stability and reliability indicators. The work objective is reprogramming an algorithm that improves results obtained previously. Paper presents non-dominated classification genetic algorithm II parts adaptation and reprogramming, with a new coding that, unlike previous authors, avoids modified genetic operators and take better advantage of algorithm's potentialities. In addition, graph theory is used to transform non-feasible individuals and avoid new generations of them, dispensing with annoying mesh checking and reducing the search space and computational burden. Proposal's effectiveness was tested with 33 and 70 bars test distribution systems, showing promising results and better than previous proposals.

Pronóstico de conglomerados de nubes verticales en la Región de Información de Vuelos de Cuba

RESUMEN La aviación requiere información meteorológica actualizada y disponible en un corto espacio de tiempo para garantizar la seguridad operacional y su eficiencia. Cada estado tiene asignada una región para el control de los vuelos y para la vigilancia meteorológica. Ante la presencia o el pronóstico de posible ocurrencia de conglomerados de nubes de grades desarrollos verticales que impidan el normal desplazamiento de las aeronaves, estas oficinas deberán emitir las alertas correspondientes. La alerta temprana por la posible ocurrencia de esta condición contribuye a la seguridad y eficiencia de los vuelos. Tomando en cuenta que, para condiciones atmosféricas tropicales, fue desarrollado un índice que indica su grado de inestabilidad atmosférica, se propone su aplicación para dichas condiciones tropicales, utilizando como base de cálculo, el sistema de predicción numérico a corto plazo (SisPi) desarrollado por el Instituto de Meteorología de Cuba, obteniéndose resultados satisfactorios.

ABSTRACT The aviation requires actualized and available meteorological information in a very short period of time, in order to guarantee the flight safety. Each state has assigned a region for the control of the flights and for the surveillance of the weather conditions. When it is present or is forecasted the possibility of the occurrence of great vertical developed clouds clusters that could affect the normal flight of the aircrafts, those meteorological watch offices shall transmits the appropriated alerts. Taking into consideration that, for tropical atmospheric conditions, it was developed an index that shows the degree of atmospheric instability, it is proposed the application of this forecast method for such tropical conditions and supporteing the calculations by the numerical prediction system of short period of time (SisPi) developed by the Cuban Meteorological Institute, obtaining satisfactory results.

Análisis de la influencia del azimut y ángulo de inclinación en centrales fotovoltaicas de Cuba

RESUMEN En este trabajo se analizó cómo influye el ángulo de inclinación y el azimut en la generación de una central fotovoltaica. Se analizaron las centrales pertenecientes al programa de 100 MW, constituido por 30 plantas fotovoltaicas distribuidas en Cuba. Primero, se simularon las centrales con su diseño actual y se compararon los resultados con las mediciones obtenidas en cada central. La comparación permitió validar las simulaciones, donde la diferencia se mantuvo por debajo del 10 %, en la mayoría de los casos. El siguiente paso fue que se analizaron diferentes ángulos de inclinación y una orientación este-oeste. Los resultados se compararon con estudios realizados en otras partes del mundo, donde se propone que el ángulo de inclinación y la orientación este-oeste como una nueva solución para aumentar la energía producida por una central fotovoltaica, teniendo en cuenta la posición geográfica, condiciones climáticas y el valor de inversión o costo de la planta.

ABSTRACT Thispaper, it was analyzed how the angle of inclination and the azimuth influence the generation of a photovoltaic plant. The plants belonging to the 100 MW program, consisting of 30 photovoltaic plants distributed in Cuba, were analyzed. First, the plants with their current design were simulated and the results were compared with the measurements obtained in each plant. The comparison allowed validating the simulations, where the difference remained below 10%, in most cases. The next step was that different angles of inclination and an east-west orientation were analyzed. The results were compared with studies carried out in other parts of the world, where it is proposed that the angle of inclination and the east-west orientation as a new solution to increase the energy produced by a photovoltaic power plant, taking into account the geographical position, climatic conditions and the investment value or cost of the plant.

Cuba en la política global - geopolítica a través del análisis de impacto cruzado

RESUMEN Este artículo presenta los resultados de un análisis de descomposición del consumo de energía y las emisiones de CO2 en Cuba durante el período 1971-2019. La descomposición de energía se realiza con una descomposición dinámica de Sun-Shapley, que produce actividad, intensidad y efectos estructurales. La descomposición de CO2 se ha realizado con una descomposición de dos factores encadenados, que proporciona efectos identificados en una identidad Kaya extendida. Los resultados muestran que durante este período, los cambios en las intensidades energéticas sectoriales y la estructura económica han disminuido el consumo de energía un poco más de lo que el crecimiento económico lo ha incrementado, pero las emisiones de CO2 no han disminuido de manera correspondiente debido al crecimiento económico per cápita y al aumento de la intensidad de carbono de la primaria. mezcla energética. Este tipo de hallazgos científicos indican que la política de eficiencia energética en Cuba requiere mayor atención.

ABSTRACT This paper focuses on Cuba and its position in global politics by means of geopolitics/geoeconomics.These two concepts are used to describe the current international political dimensions and how differentnations attempt to control their position within global power politics. Geopolitics has always been relatedto the energy economy and energy policy.Cuba has throughout history been heavily connected to the states located in its neighbourhood as well as the international power politics. In this article, we illustrate the impacts of geopolitics and further explain the Cuban dependency on international global politics through Cross-Impact analysis (CIA), especially in terms of its version called Express Cross-Impact Technique (EXIT), developed at Finland Futures Research Institute. Three alternative scenarios are the results of the analysis.

Análisis de ferrorresonancia en el circuito MU4073 de Jagüey Grande

RESUMEN Se presenta el estudio para determinar la probabilidad de ocurrencia de la ferrorresonancia en el primer tramo del circuito MU4073 de Jagüey Grande. Este tramo va desde la subestación de distribución hasta el primer banco de transformadores monofásicos. El conductor utilizado es ACSR 150 mm2 y las estructuras de soporte, predominantes tipo A con cable protector AC70. Por no disponer de los datos de los transformadores específicos, se utilizaron parámetros de tres transformadores similares del mismo fabricante. El análisis se realiza para tres conexiones posibles; estrella con neutro aislado, con neutro puesto a tierra y delta. Además, se consideró para cada caso, dos configuraciones; banco de transformadores energizado y apertura de una de las fases y banco de transformadores desenergizado y cierre de una de las fases. Los resultados arrojan que en algunas configuraciones existe el peligro de ocurrencia de la ferrorresonancia y en otras, el fenómeno es improbable.

ABSTRACT The study to determine the probability of occurrences of ferroresonance in the first section of the circuit MU4073 of Jagüey Grande is presented. This section goes from the distribution substation to the first bank of single-phase transformers. The conductor used is ACSR 150 mm2 and the support structures are predominantly type A with AC70 cable protector. As we did not have the data of the specific transformers, parameters of three similar transformers from the same manufacturer were used. The analysis is performed for three possible connections; star with isolated neutral, with grounded neutral and delta. In addition, two configurations will be required for each case; bank of transformers energized and opening of one of the phases and bank of transformers de-energized and closing of one of the phases. The results show that in some configurations there is a danger of ferroresonance occurrences and in others, the phenomenon is improbable.

Desempeño de inversores multinivel para energías renovables, una alternativa a la generación distribuida en México

RESUMEN En la actualidad el empleo de sistemas de generación eléctrica a través de fuentes alternas de energía incrementa continuamente, debido al aumento de la demanda energética, reduciendo las emisiones de CO2. En este trabajo se desarrolló un prototipo de inversor monofásico multinivel para aplicaciones fotovoltaicas, utilizando la topología de puentes H en cascada con fuentes de corriente directa independientes. Aplicando la técnica de Eliminación Selectiva de Armónicos (SHE) para determinar los ángulos de conmutación apropiados para el control de un inversor multinivel con baja distorsión armónica total (THD). En las condiciones del estado de Zacatecas las principales fuentes alternas de generación de electricidad son la energía solar y energía eólica, mediante la utilización de dispositivos electrónicos de potencia con inversores CC/CA (corriente continua - corriente alterna), para fuentes de generación eléctrica de pequeña, media y alta potencia, que cumplan con los requerimientos de eﬁciencia, calidad y seguridad establecidas por la Comisión Federal de Electricidad (CFE).

ABSTRACT At present, the use of electrical generation systems through alternative energy sources is continuously increasing, due to the increase in energy demand, reducing CO2 emissions. In this work, a multilevel single-phase inverter prototype for photovoltaic applications was developed, using the H-bridge topology in cascade with independent direct current sources. Applying the Selective Harmonic Elimination (SHE) technique to determine the appropriate switching angles for the control of a multilevel inverter with low total harmonic distortion (THD). In the conditions of the state of Zacatecas, the main alternative sources of electricity generation are solar energy and wind energy, through the use of power electronic devices with DC/AC inverters (direct current - alternating current), for sources of electricity generation of small, medium and high power, that meet the efficiency, quality and safety requirements established by the Federal Electricity Commission (CFE).

Eficiencia del sistema energético en Cuba análisis de descomposición del uso de energía y emisiones de co₂

ABSTRACT This article presents results from a decomposition analysis of energy consumption and CO2 emissions in Cuba during the period 1971-2019. Energy decomposition is done with a dynamic Sun-Shapley decomposition, which produces activity, intensity, and structural effects. CO2 decomposition has been done with a chained two-factor decomposition, which provides effects identified in an extended Kaya identity. The results show that during this period, changes in sectoral energy intensities and the economic structure have decreased energy consumption slightly more than economic growth has increased it, but CO2 emissions have not decreased correspondingly because of economic growth per capita and increasing carbon intensity of the primary energy mix. These kinds of scientific findings indicate that the energy efficiency policy in Cuba requires some more attention.

Convertidores electrónicos de potencia de los sistemas fotovoltaicos autónomos de 300 w instalados en Cuba

RESUMEN En el “Plan de Desarrollo y Uso Eficiente de la Energía hasta el 2030” en Cuba, se encuentra la utilización de los sistemas fotovoltaicos autónomos (SFVA) para el suministro de energía eléctrica. En el presente trabajo se realiza un análisis de las topologías de los convertidores electrónicos de potencia que conforman los SFVA de 300W. Se estudian tanto el regulador de carga con seguimiento del punto de máxima potencia como la etapa inversora desde la simulación y las mediciones en puntos de interés de la instalación. Los resultados obtenidos de forma experimental permiten afirmar que el regulador de carga está compuesto en todos los casos por un convertidor reductor sincrónico que maneja el control del punto de máxima potencia en el proceso de carga de la batería. Un convertidor CD-CD tipo Push-Pull junto a un convertidor tipo puente completo monofásico con modulación sinusoidal se encargan de suministrar la corriente alterna a la salida.

ABSTRACT In the "Plan for the Development and Efficient Use of Energy until 2030" in Cuba, the use of autonomous photovoltaic systems (APVS) for the supply of electric energy is included. In the present work, an analysis of the topologies of the electronic power converters that make up the 300 W APVS is carried out. Both the charge regulator with maximum power point tracking and the inverter stage are studied from simulation and measurements at points of interest of the installation. The results obtained experimentally allow us to affirm that the charge regulator is composed in all cases by a synchronous step-down converter that manages the control of the maximum power point in the battery charging process. A push-pull DC-DC converter, together with a single-phase full-bridge converter with sinusoidal modulation, is in charge of supplying the alternating current at the output.

Modelado de un parque solar fotovoltaico de empleo industrial

RESUMEN En este trabajo se desarrollan modelos matemáticos aplicando técnicas clásicas de identificación de sistemas para la modelación del funcionamiento de un Parque Solar Fotovoltaico (PSFV) conectado al Sistema Eléctrico Nacional (SEN), aplicando diferentes técnicas de identificación considerando el comportamiento de la irradiación solar y la temperatura del panel como variables de entrada y la potencia activa generada como variable de salida. Estos modelos tienen como objetivo estudiar el comportamiento de los PSFV y son tomados como referencia en sistemas computacionales para la predicción de la potencia generada en estos tipos de parques, contribuyendo a la toma de decisiones relativas a la logística del SEN. La metodología expuesta en este trabajo puede ser utilizada para obtener el modelo de cualquier PSFV que sea de interés. Los modelos de PSFV son obtenidos y validados con medidas extraídas directamente de una instalación industrial de PSFV.

ABSTRACT Some mathematical models are developed for a Photovoltaic Solar Park (PSFV) applying different identification techniques, considering the behavior of the solar irradiation and panel temperature as input variables and the generated active power as out put variable. These models will be used to study a behavior and as reference in forecasting systems of generated power predictions in this PSFV, contributing to the decision making concerning the logistics of the national electro-energy system(SEN). The methodology exposed in this work can be used to obtain the model of any PSFV that is of interest. The PSFV models area warded and validated with measure ments extracted directly from an industrial PSFV installation.

Análisis de las potencialidades de un laboratorio para pruebas y homologación de baterías para vehículos eléctricos

RESUMEN En el presente trabajo se abordan los avances tecnológicos actuales en el desarrollo de instalaciones para la prueba y homologación de las baterías a utilizar en los vehículos eléctricos, a fin de analizar los principales aspectos a tener en cuenta para el diseño y posible puesta en marcha de laboratorios de este tipo en el país. Asi mismo, se analizan las técnicas y procedimientos más aplicados en el mundo en lo referente a diagnóstico y certificación de baterías para vehículos eléctricos. Partiendo de estos análisis, así como de los requerimientos de seguridad que deben poseer dichas baterías y el equipamiento requerido para su funcionamiento, el costo aproximado de la adquisición, se estudian las potencialidades para su construcción en el país. Los resultados de la investigación demuestran los beneficios que se alcanzarían con la puesta en funcionamiento de dicho laboratorio, a partir de los beneficios que genera su utilización en el país.

ABSTRACT This paper addresses the current technological advances in the development of facilities for the testing and approval electrical vehicles batteries. Also, the main aspects for the design this kind of laboratory were analyzed with the objective in the near future in Cuba we will build it. Likewise, the most applied techniques and procedures in the world related with diagnosis and certification of electric vehicles batteries were studied.Based on these studies, the safety requirements and the equipment required for made the tests of those batteries were also considerate where the rough acquisition cost and the potential for the implementation in the country was estimated.The results of the investigation demonstrate the benefits of the implementation of this kind battery labs would be achieved, based on the profits it will generate by its use in the country.

Gestión de fallos eléctricos en los turbogeneradores tbφ100 de la central eléctrica Ernesto Che Guevara

RESUMEN Un equipo importante en las centrales termoeléctricas es el generador eléctrico. De ahí que a nivel mundial se desarrollan un grupo de medidas para que el generador eléctrico no salga de servicio, con pruebas de corriente directa y de corriente alterna; las que más información brindan en tiempo real son las pruebas en línea con en el generador funcionando. El número de fallos de los generadores eléctricos en Cuba es pequeño, pero es importante contar con una herramienta para cuantificar estos fallos y determinar qué hacer con ellos. Por lo cual, el objetivo de este trabajo es gestionar los fallos eléctricos en los turbogeneradores TBΦ100-3600-T3 de la Central Termoeléctrica Ernesto Guevara. En este tema en el cual se carece de datos confiables para implementar métodos internacionales que midan los resultados del mantenimiento; se implementa el Análisis de los Modos de Fallos, Efecto y Criticidad su magnitud, proponiendo medidas a aplicar.

ABSTRACT An important equipment in power thermal plants is the electric power generator. For this reason, a group of measures are developed worldwide so that the electric generator does not go out of service, with direct current tests and alternating current. The tests that provide more information in real time are line tests, with in the generator running. The number of failure of the electric generators in Cuba is small, but it is important to have a tool to quantify these failure in order to determine what to make with them. Therefore, the objective of this work is to manage electrical failures in the TBΦ100-3600-T3 turbogenerators at the Ernesto Guevara Thermal Power Plant. This them is a lack of reliable data to implement international methods that measure the results of maintenance. The Analysis of Failure Modes, Effect and Criticality is implemented to determine the magnitude of said failures, proposing measurements to be carried out.