Ingeniería Energética

Application for the study of reactive power compensation

Resumen Dentro de las habilidades a desarrollar en el estudio de los dispositivos de control de compensación de la potencia reactiva en los sistemas eléctrico de potencia se encuentra el análisis de los modelos de control de los compensadores estáticos de reactivo. Python es un software libre que permite realizar análisis de datos, control y simulación de sistemas eléctricos de potencia. El objetivo del artículo es proponer una aplicación que permita el estudio de la compensación de la potencia reactiva que ayude a mejorar el proceso de enseñanza - aprendizaje de la asignatura de Electrónica de Potencia. El estudio se basó en una metodología cualitativa - descriptiva en la que se utilizaron los métodos analíticos - sintético e inductivo-deductivo 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. Los resultados corroboran la importancia de utilizar el método propuesto para mejorar el proceso de enseñanza - aprendizaje.

Abstract Among the skills to be developed in the study of reactive power compensation control devices in electrical power systems is the analysis of the control models of static reactive compensators. Python is free software that allows data analysis, control and simulation of electrical power systems. The objective of the article is to propose an application that allows the study of reactive power compensation that helps improve the teaching-learning process of the subject of Power Electronics. The study was based on a qualitative - descriptive methodology in which analytical - synthetic and inductive - deductive methods were used and the survey was used as empirical methods. For the processing and analysis of the information collected, the calculation of absolute and relative frequencies was used as a statistical method. The results corroborate the importance of using the proposed method to improve the teaching-learning process.

Cost/benefit analysis for solar energy prosumers

RESUMEN Cuba ha trabajado en el desarrollo de la energía fotovoltaica para disminuir la dependencia de los combustibles fósiles. El sector residencial ha acogido la modalidad de instalar paneles solares en los techos de sus hogares con el fin de reducir sus tarifas. La energía no consumida puede ser vendida a la red eléctrica nacional. En el estudio, a través del análisis de escenarios, con el Homer Pro, se determinó el tiempo aproximado para recuperar la inversión inicial y obtener ganancias al evaluar su viabilidad técnico-económica con el objetivo de recuperar la inversión en 7 a 8 años. Al brindarse una visión clara de cómo el estudio, al considerar las condiciones y necesidades locales, ofrece recomendaciones específicas sobre el ajuste de tarifas para incentivar la inversión en energía solar y resalta su relevancia dentro del contexto habanero, de modo que los prosumidores puedan recuperar su inversión en menor tiempo.

ABSTRACT Cuba has worked on the development of photovoltaic energy to reduce dependence on fossil fuels. The residential sector has embraced the modality of installing solar panels on the roofs of their homes in order to reduce their rates. Unconsumed energy can be sold to the national electrical grid. In the study, through scenario analysis, with the Homer Pro, the approximate time to recover the initial investment and obtain profits was determined by evaluating its technical-economic viability with the objective of recovering the investment in 7 to 8 years. At provide a clear vision of how the study, when considering local conditions and needs, offers specific recommendations on adjusting tariffs to encourage investment in solar energy and highlights its relevance within the Havana context, so that prosumers can recover their investment in solar energy less time.

Application of sweep frequency technique in the diagnosis of windings of two power autotransformers

Resumen Se describe la aplicación del análisis de respuesta al barrido de frecuencia (SFRA) como herramienta de diagnóstico de fallas en dos autotransformadores de una subestación. A diferencia de los transformadores de potencia, los autotransformadores poseen, en cada fase del devanado de alta tensión, una bobina serie y otra común, que deben ensayarse por separado para poder discriminar el estado de cada una de ellas. Se muestran los resultados obtenidos empleando la configuración de admitancia de circuito abierto y realizando un barrido desde la frecuencia de 10 Hz hasta 1000 kHz. Las comparaciones de las funciones transferenciales de respuesta se hicieron entre fases de un mismo autotransformador y para el análisis de los resultados se aplicó el método estadístico de los Coeficientes de Correlación. Se comprobó que la ocurrencia de varios eventos de cortocircuitos y malas operaciones, provocaron modificaciones en la geometría de los devanados de ambos equipos.

Abstract The application of swept frequency response analysis (SFRA) as a fault diagnosis tool in two autotransformers of a substation is described. Unlike power transformers, autotransformers have, in each phase of the high voltage winding, a series coil and a common coil, which must be tested separately in order to discriminate the state of each of them. The results obtained using the open circuit admittance configuration and sweeping from the frequency of 10 Hz to 1000 kHz are shown. Comparisons of the transference response functions were made between phases of the same autotransformer and the statistical method of Correlation Coefficients was applied to analyze the results. It was found that the occurrence of several short circuit events and poor operations, caused modifications in the geometry of the windings of both devices.

Proporsal for reconfiguration of the distribution scheme to reduce electrical losses in Mariel

Resumen El Sistema de Distribución de la Zona Especial de Desarrollo Mariel (ZDEM) es deficiente hoy en día debido a que fue diseñado para un nivel de carga muy superior al que se encuentra trabajando. Los índices de las pérdidas eléctricas presentes en dicho esquema sobrepasaban los límites establecidos por la Unión Eléctrica de Cuba (UNE). Con el objetivo de reducir estas pérdidas, se analizaron cinco propuestas de reconfiguración de los circuitos de distribución(conexiones de los transformadores con el sistema),las cuales estuvieron encaminadas a disminuir el número de transformadores conectados en las subestaciones, que contribuían considerablemente al aumento de las perdidas eléctricas pues estos se encontraban muy subcargados con respecto a su potencia nominal. Tras finalizar el análisis de las propuestas; el esquema eléctrico mejoró la confiablidad, la capacidad instalada se redujo a la mitad, además de que las pérdidas totales disminuyeron por debajo del 10 %.

Abstract The Distribution System of the Zona Especial de Desarrollo Mariel (ZDEM) is deficient today because it was designed for a much higher load level than the one it works with. The indices of electrical losses in this scheme exceeded the limits established by the Unión Eléctrica de Cuba (UNE). In order to reduce these losses, five proposals for the reconfiguration of the distribution circuits were analyzed (transformer connections with the system), which were aimed at reducing the number of transformers connected in the substations, which contributed considerably to the increase in electrical losses as they were very underloaded concerning their rated power. After completing the analysis of the proposals, the electrical scheme improved reliability, the installed capacity was reduced by half, and total losses decreased.

Analysis of frequency deviation in an isolated electrical system with distributed wind farms

Resumen Instalar parques eólicos en los sistemas eléctricos de potencia aislados puede ocasionar problemas en cuanto al control de frecuencia. Estos se deben a la naturaleza variable del viento y de las características propias de la red. En esta investigación se analizó cómo se afecta la desviación de frecuencia al distribuir varios parques eólicos y cómo reducir esta, dejando reserva de potencia activa en los mismos. Para ello se utilizaron simulaciones Monte Carlo teniendo en cuenta varios escenarios en los que se fue aumentando la penetración eólica mientras se dejaban reservas de potencia fija y variable, utilizando para esta última un control difuso. Los resultados obtenidos muestran cómo a medida que se aumenta la penetración eólica aumentan las desviaciones de frecuencia hasta que se incumple con el código de red cubano. Estas desviaciones fueron reducidas dejando reserva en los parques, obteniendo los mejores resultados cuando se implementaba la reserva variable.

Abstract Installing wind farms in isolated power systems can cause issues regarding frequency control. These issues are due to the variable nature of wind and the characteristics of the grid itself. This research analyzed how frequency deviation is affected by distributing multiple wind farms and how to reduce those deviations by leaving active power reserves in the wind farms. Monte Carlo simulations were used, considering various scenarios where wind penetration was gradually increased while leaving fixed and variable power reserves, using fuzzy control for the latter. The results obtained demonstrate that as wind penetration increases, frequency deviations also increase until they violate the Cuban grid code. These deviations were reduced by implementing reserves in the wind farms, with the best results achieved when using variable reserves.

Photovoltaics in the commerce sector. Initial phase of the project

RESUMEN La investigación expone la fase inicial de un proyecto para la introducción de la tecnología fotovoltaica conectada a la red de baja tensión de los usuarios. El artículo se estructuró de una manera tal que se demostró el cumplimiento del objetivo de la investigación y la verificación de la hipótesis. Se aplicó el método deductivo, la observación, la investigación es cualitativa, se utilizó la revisión bibliográfica relacionada con el aprovechamiento del potencial solar mediante la introducción de la tecnología fotovoltaica conectada a la red. Se utilizó el software QGIS para la gestión de datos espaciales y el manejo de los datos del potencial solar. Se tuvo como resultados un examen del consumo de energía por parte del sector estudiado y se analizaron las repercusiones vinculadas con la tecnología fotovoltaica conectada a la red de baja tensión.

ABSTRACT The research exposes the initial phase of a project for the introduction of photovoltaic technology connected to the users' low voltage network. The article was structured in such a way that the fulfillment of the research objective and verification of the hypothesis was demonstrated. The deductive method was applied, observation, the research is qualitative, the bibliographic review related to the use of solar potential through the introduction of photovoltaic technology connected to the grid was used software QGIS was used for spatial data management and solar potential data management. The results were an examination of energy consumption by the sector studied and the repercussions linked to photovoltaic technology connected to the low voltage grid were analyzed.

Zero sequence impedance behavior inpower transformers. Analysis of special cases

ABSTRACT Sequence networks make it possible to represent the elements of an electrical network during unbalanced faults, according to Fortescue's theorem presented in 1918. In the case of three-phase transformers, the equivalent sequence networks depend on the connection group of the windings and the connection of the neutral tothe ground. This paper carry out a detailed study of zero-sequence networks in power transformers, using mathematical simulation to analyze two special cases, unknown to some electrical protection specialists, in which the zero-sequence impedance can cause significant changes in short-circuit currents. The results have been obtained using theoretical and empirical methods, which have made it possible to demonstrate that transformers can behave as sources of short-circuit contribution in the presence of shunt lines. At the same time, the zero-sequence impedance is different depending on the design of the ferromagnetic core for the same connection group.

RESUMEN Las redes de secuencia permiten representar los elementos de una red eléctrica ante la presencia de fallas desbalanceadas, según el teorema de Fortescue presentado en el año 1918. En el caso de los transformadores trifásicos, las redes equivalentes de secuencia dependerán de la conexión de los devanados y de la conexión del neutro con respecto a tierra. El propósito de este trabajo es la realización de un estudio detallado de las redes de secuencia cero en los transformadores de potencia, donde por medio de la simulación matemática se analizaron dos casos especiales desconocidos por algunos especialistas en protecciones eléctricas en los cuales la impedancia de secuencia cero puede realizar cambios significativos en las corrientes de cortocircuito. Los resultados fueron obtenidos con el empleo de los métodos teóricos y empíricos que permitieron demostrar que los transformadores pueden comportarse como fuentes de aporte al cortocircuito en presencia de líneas con derivación; mientras que, en dependencia del diseño del núcleo ferromagnético, la impedancia homopolar es diferente para un mismo grupo de conexión.

Participatory methodology for the design of micro-grids in Cuba

RESUMEN La implementación de Fuentes Renovables de Energía es cada vez más pertinente en todos los sectores de la sociedad y, fundamentalmente, en comunidades rurales alejadas del sistema eléctrico. Esta realidad precisa de un enfoque social que permita conocer las particularidades de cada asentamiento y sus pobladores. La presente investigación está orientada a estudiar el ámbito social y la aplicación de micro redes para fomentar el desarrollo local y erradicar los problemas socioculturales y políticos que acarrea la falta de acceso a un servicio eléctrico de calidad. Igualmente, se propone una metodología social participativa para el diseño de micro redes eléctricas rurales y la obtención de un resultado integrador y sostenible en el tiempo que satisfaga las expectativas y necesidades de sus beneficiarios. Se aplican, además, otras metodologías cualitativas y cuantitativas para la obtención de datos como son: el análisis documental, la entrevista estructurada y semiestructurada, las encuestas y el árbol de problemas.

ABSTRACT The implementation of Renewable Energy Sources is becoming more and more pertinent in all areas and sectors of society but, fundamentally, in rural communities that are far from the national electrical system, due to the complexity of the lives of those people who lack energy electrical. This precise reality, not only from research carried out by technical sciences but also from a social approach that allows knowing the particularities of each of these systems and their inhabitants. This research is aimed at carrying out a study of the social environment that surrounds rural contexts and the application of micro grids in these to promote local development and eradicate sociocultural and political problems caused by the lack of access to a quality electric service and reliability. As well as, proposing a participatory methodology with social considerations for the design of electric micro grids under the realities of rural populations in Cuba and obtaining an integrating result that meets the expectations and needs of its beneficiaries and is sustainable over time. Other methodologies are also applied to obtain data that correspond to qualitative and quantitative methodologies such as: documentary analysis, structured and semi-structured interviews, surveys and the problem tree.

Energy optimization of a computer company in Ecuador through an on-grid photovoltaic generation system

RESUMEN El potencial solar de Ecuador fue explorado mostrandose elevado para la favorable puesta en marcha de sistemas fotovoltaicos, con un mayor enfoque en la cordillera de los Andes. En la región Costa, los niveles de irradiación global horizontal mantienen la tendencia de ser factibles para la optimización energética en establecimientos por medio de paneles fotovoltaicos. Fue desarrollada una propuesta para mejorar la eficiencia energética de la empresa informática Altura S.A. mediante el software de licencia comercial, PVsyst 7,2; mostrando resultados positivos en lo técnico y económico, produciendo un excedente energético del 14,11% con un periodo de recuperación de 15,7 años, evitandola emisión de 1,33 toneladas de CO2 anualmente. A su vez, se establecieron diversas barreras que impiden la penetración de estos sistemas como las políticas, sociales, etc, así como el gran y reforzado uso de fuentes convencionales de energía a pesar de la factibilidad mostrada en este estudio.

ABSTRACT Ecuador's solar potential was explored, proving high for the favorable implementation of photovoltaic systems, with a greater focus on the Andes mountain range. In the Coastal region, global horizontal irradiation levels maintain the trend of being feasible for energy optimization in establishments through photovoltaic panels. A proposal was developed to improve the energy efficiency of the computer company Altura S.A. via commercial license software, PVsyst 7.2; showing positive technical and economic results, producing an energy surplus of 14.11% with a recovery period of 15.7 years, avoiding the emission of 1.33 tons of CO2 annually. In turn, various barriers were established that prevent the penetration of these systems such as political, social, etc., as well as the great and reinforced use of conventional energy sources despite the feasibility shown in this study.

Thermal protection settings for medium voltage motors, necessary information

RESUMEN En el presente trabajo se presenta cómo se procedió para lograr la protección térmica de los motores de la Fábrica de Cementos Curazao al no disponerse de la información necesaria. Se explican los pasos que se siguieron en el ajuste de las protecciones. Los motores de media tensión deben ser protegidos más rigurosamente que los de baja tensión pues demoran más tiempo en transferir el calor generado en sus enrollados al medio ambiente. Es imprescindible contar con la siguiente información mínima: curva de daño del estator en condiciones normales de trabajo, pruebas de rotor bloqueado en frío y caliente del motor, resultados de los ensayos de vacío y cortocircuito, tipo de carga en el eje del motor para evaluar el calentamiento del motor durante su aceleración en el momento del arranque, sobre todo en caso de arranque pesado. En el caso analizado no se disponía de la información arriba relacionada.

ABSTRACT Medium voltage motors must be protected more rigorously than low voltage motors considering that they take longer to transfer the heat generated in their windings to the environment. It is essential to have the following minimum information: stator damage curve under normal working conditions, hot and cold locked rotor tests of the motor, results of vacuum and short circuit tests, type of load on the motor shaft to evaluate the heating of the engine during its acceleration at start-up, especially in the case of heavy starting. In many cases it turns out that users do not have the information related above and the problem to be solved is how to proceed to estimate thermal protection in the event that this information is not available? This work proposes the steps to follow when this situation arises.

Benefits and risks of LED-BASED lighting systems

Resumen El resultado de este trabajo trató sobre los beneficios y riesgos de los sistemas de iluminación LED en el ámbito económico, social y medioambiental y la valoración de las condiciones para su empleo en Cuba. Se profundiza en la relación de las ventajas de esta tecnología con los beneficios que ofrece su aplicación en diferentes sectores de la sociedad y la economía. También, se aborda su impacto en la industria de la iluminación y en las comunidades no conectadas a la red eléctrica en los países en desarrollo. Además, se exponen los principales riesgos que implica su utilización, identificando los campos de investigación abiertos relacionados en esta dirección, y se demuestra la importancia de considerar en los proyectos, los riesgos de la iluminación LED. Finalmente, se exponen las condiciones existentes en Cuba, para el desarrollo de la iluminación LED y su contribución a la sostenibilidad e independencia energética.

Abstract The objectives are the analysis of the benefits and risks of LED lighting systems in the economic, social and environmental fields; as well as the evaluation of the political, economic and social conditions for the use of LED lighting systems in Cuba. The relationship between the advantages of this technology and the benefits offered by its application in different sectors of society and economy is deepened. Also, its impact on the lighting industry and off-grid communities in developing countries is discussed. In addition, the main risks involved in their use are exposed, identifying the related open research fields in this direction, and it demonstrates the importance of considering the risks of LED lighting in projects. Finally, the existing conditions in Cuba for the development of LED lighting and its contribution to sustainability and energy independence are presented.

Diagnosis of the tertiary winding of a substation autotransformer

Resumen Este artículo presenta los resultados del Análisis de Respuesta al Barrido de Frecuencia como método de diagnóstico del devanado terciario de un autotransformador que, desde hace algún tiempo, ha estado presentando puntos calientes en la tornillería que une la carcasa o campana con la base de la cuba. Este fenómeno se estuvo monitoreando con ayuda de imágenes infrarrojas que confirmaron un calentamiento anormal. A este equipo se le aplicó el método de SFRA para confirmar o descartar las posibles causas del defecto. Se emplearon las configuraciones de admitancia de circuito abierto y de cortocircuito. Las comparaciones de las funciones transferenciales de respuesta se hicieron entre fases del mismo devanado terciario y para el análisis de los resultados se aplicó la Norma China DL/T 911-2004. Se comprobó que, existe una deformación obvia en este devanado y que el calentamiento excesivo de la tornillería, no está causada por esta deformación.

Abstract This article presents the results of the Frequency Sweep Response Analysis as a diagnostic method for the tertiary winding of an autotransformer that, for some time, has been presenting hot spots in the screws that join the casing or bell with the base of the tank. This phenomenon was monitored with the help of infrared images that confirmed abnormal heating. The SFRA method was applied to this equipment to confirm or rule out the possible causes of the defect. The open-circuit and short-circuit admittance configurations were used. Comparisons of the transfer response functions were made between phases of the same tertiary winding and the Chinese Standard DL/T 911-2004 was applied for the analysis of the results. It was found that there is an obvious deformation in this winding and that the excessive heating of the screws is not caused by this deformation.