Archivo para noviembre, 2014


dc_micro_grid_system_with_ultracapacitor_electric_vehicle

Hello estimados lectores. Esta microgrid si que está muy bonita 🙂 … No hay nada que hacer que quienes lo han diseñado y lo vienen estudiando, lo han hecho con el mejor gusto de ingeniería. Contiene muchos elementos que en un futuro próximo son potencialmente usados masivamente. Los sistemas de electrónica de potencia se hacen cada vez mas interesantes. surge la idea de que si es necesario que todo tenga que ser “electrónica de potencia”, supongo que durante las investigaciones y desarrollo del equipamiento cosas nuevas se podrán determinar de tal manera que esto también sea un sistema que sea robusto ante fuertes pulsos electromagnéticos, ciber-seguridad, entre otros. No podemos ser “modernos” con tan sólo el criterio de que lo “electrónico” es lo moderno, hay que rescatar aquellas técnicas y elementos robustos del pasado que pueden brindar una muy alta fiabilidad. El bus de DC implica muchas aplicaciones tanto en el sector rural, industrial, comercial, residencial y hasta en cuestiones de emergencia, militar y en el sector aero-espacial (este último muy interesante para mí según mi experiencia en Mars Desert Research Station Crew 140 – Crew 141 [April – May 2014]).


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source_stochastic_microgrid_dc

Atrás han quedado los cálculos en que se fijan valores conocidos o recolectados como datos estadísticos. Ahora se realiza también los análisis con datos estocásticos, debido a la forma en que algunas fuentes de energía renovable funcionan debido a la variable medioambiental de la irradiación solar o de la velocidad del viento. Para ejemplo de esto, Laboratorios Sandia tiene una configuración de experimentación como se muestra en la figura. Es un gran avance y trabajo de investigación, dado que en la parte experimental se refleja todos aquellos efectos que un modelo matemático no puede contemplar, pero eso no significa, que lo experimental sea lo único que vale (como suele pensarse en Perú), sino que, junto con un adecuado modelamiento matemático, los datos experimentales sirven de mucho para que con un adecuado análisis permitan conocer aquellas causas que permiten esa variación entre lo ideal y el resultado experimental. Tratar con variables estocásticas, sirve de mucho en el comportamiento de las redes eléctricas del futuro (smart grid, microgrid, generación distribuida).


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typical_solar_power_output_in_one_month

Para un día típico solar a veces idelizamos una curva perfecta durante el día con cielo despejado. Sin embargo, los días no son perfectos, pueden haber nubles o humedad en la atmósfera que hacen que no llegue toda la energía solar hasta las celdas fotovoltaicas. Una data de una planta solar durante un mes se presenta en la figura. La captura de dicha data es importante para analizar el desempeño del sistema. En todo caso, se puede simular situación similar con números aleatorios en función a la experiencia del programador. Os dejo con esta gráfica. Presto  a sus correos, me pueden escribir a jorgemirez2002@gmail.com


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design_of_the_entire_system_microgrid

Las microgrids (micro redes de energía eléctrica y de calor) con potencias involucradas de hasta 10 MVA. pueden tener diferentes diseños. Su definición involucra que se pueden utilizar tecnologías desarrolladas localmente y eso es muy importante, dado que localmente se pueden desarrollar y construir equipos tanto de generación y de almacenamiento. En el presente se tiene un sistema común de almacenamiento de energía que está conectado al bus de ac que alimenta dos bloques de mini-microgrid conectados a un convertidor ac-dc. Cada bloque cuenta con diferentes fuentes de generación eléctrica (viento en un una y solar en otra). El PCC significa el punto de común acoplamiento. Diferentes diseños de microgrids son desarrollados, simulados y/o probados en diferentes universidades, institutos y empresas alrededor del mundo.


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microgrid_operation_of_inlanded_operation

En la siguiente figura se muestra un ejemplo de una microgrid funcionando en modo aislado, es decir, que no tiene conexión activa con la red eléctrica externa. La microgrid utiliza sus propios recursos en fuentes de generación y almacenamiento para suplir con energía eléctrica (y calor en un caso más general) a las cargas eléctricas conectadas en sus circuitos. Lo interesante de todo es remalcar que tanto en el dimensionamiento de fuentes y conductores prima mucha importancia los escenarios considerados de carga a fin de que estos estén acorde a la necesidad real. Otra cosa adicional, es la cuestión que microgrid pueden estar dispersas en una zona geográfica y que bien pueden interconectarse a fin de suplir a una microgrid vecina con energía faltante. Todo esto es un interesante campo de estudio. Mi email para comunicación: jorgemirez2002@gmail.com


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microgrid_operation_of_grid_tried_mode

Hola lectores, la figura que presento en este post es un ejemplo de flujo de energía (entrante/saliente) de cada elemento que conforman una microgrid DC en su modo conectado a la red eléctrica externa, es decir, que el punto de común acoplamiento (PCC) entre microgrid (micro-red) y red eléctrica externa es bidireccional, permite la entrada (compra) de energía y salida (venta) de energía desde el propietario de la microgrid. Nuevos elementos se han considerado en este ejemplo como son los super-capacitadores y los elementos de generación distribuida que puede implicar diferentes formas y técnicas de generación de electricidad. Todo esto se puede modelar matemáticamente y simulaciones en software de alto nivel como Matlab/Simulink. En lo personal ya venía realizando todo esto, quizás de una manera lejos de la forma de las gráficas tan bonitas como se pueden ver, pero continuaré en ello. El camino se va cada vez más clarificando. Aún así la cooperación académica es importante y es bievenida siempre.


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a_smarter_approach_dc_microgrid

Creo que es una de las figuras que mejor representa la tendencia hacia lo que deben ser las microredes de energía, hecho por Pika Energy y que la comparto en un 100 %. Puedo tener diferentes formas de generación de electricidad, las cuales las puedo convertir en modo dc las que sean necesarias y por lo tanto, con el modo de transmisión en DC me permite muchas ventajas que la forma AC resultaría difícil e incluso costosa y con mucha requerimiento de equipo especializado tanto en máquinas como en personas. Pero si la forma de interconexión hacia los usuarios es un punto a debatir, considero que hasta la casa debe ir una alimentación en DC, interiormente debe tener su inversor. En cuanto a la conección con la red eléctrica externa, esta debe ser con un inversor de alta potencia necesaria para inyectar todo el sobrante a la red. En todo ello, numerosas simulaciones con análisis imaginarios y de campo son necesarios para ello.

NOTA: Dado que en mi país no tengo las instalaciones necesarias para hacer experimentación, sólo simulaciones en mi computadora personal, hago un llamado a profesionales, investigadores, estudiantes y universidades para poder trabajar en conjunto esta temática y así yo pueda concluir mi tesis doctoral con dos publicaciones internacionales incluido. Gracias a quien escriba a jorgemirez2002@gmail.com


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voltage_current_during_fault_dc_microgrid_conductor

La figura muestra el caso de la separación de dos conductores en contacto y colocados horizontalmente, los cuales estan en contacto por presión horizontal. A ellos se les hace pasar una corriente que fluye continuamente hasta que se inicia la falla. La curva representa el voltaje que se establece durante la separación de los conductores y que en situación normal no crearía una diferencia de potencial, al final de la falla se observa que se establece el voltaje nominal de la fuente de alimentación del circuito de prueba. La corriente hace lo mismo, desde su valor nominal en funcionamiento normal, sufre una caída progresiva hasta que el arco se extingue y ya no hay flujo de energia entre los dos conductores separados. La figura muestra los resultados de un modelo experimental, sin embargo, se puede hacer simulaciones numéricas mediante métodos de series para entender el fenómeno de mejor manera.


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park_turbine_wind

Estimados lectores, creo haber puesto esta información en algún post anterior (sería bueno que lo busquen). Sin embargo, quería acá la secuencia del análisis de los datos de viento durante un año. Los datos pueden ser generados aleatoriamente o ser recolectados. En lo que son recolectados son tomados cada cierto tiempo y por lo tanto, entre esos espacios (entre cada dato) se puede también aleatoreamente colocar valores de velocidad de viento para comprender mejor la dinámica de las turbinas simuladas. Por mientras, en todo un año se puede generar una data recolectada, un análisis de estadísticas y una curva que represente aproximadamente todo ello. Por lo demás, esto puede ser trabajado en software, en mi caso con Matlab de MathWorks Inc. … los códigos están a la venta (favor escribir al email). Saludos a todos mis lectores (My greetings for all readers in all countries)


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simulation_reconection_time_distribuited_network_electric

La presente entrada muestra una simulación que conlleva a calcular la duración media entre fallas. En un post anterior había mostrado durante un periodo de tiempo de 100 años como es que mediante aleatorios se determinaba que años había fallas y que años no. Después de cada falla, surge la necesidad de reparar el sistema, para ello las empresas eléctricas disponen de personal y equipo para minimizar el tiempo de inactividad de la red eléctrica, toda vez que ello representa dinero y malestar para el usuario. La gráfica muestra de manera aleatorio los tiempos de recuperación o de reconexión de la interrupción la cual esta simulado en Matlab de MathWork Inc. Pero he ahí no acaba todo, hay que realizar una sumatoria de todos los tiempos y luego dividirlos entre el número de interrupciones durante dicho período para determinar la duración media entre fallas, en que la unidad de medida es de horas/falla… Espero les guste.


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cifras_participacion_de_los_sistemas_de_distribucion_en_el_sistema_de_potencia

El sistema de distribución de energía eléctrica constituye el eslabón final en la cadena producción – transporte – consumo de electricidad. En esta zona funcional se atiende a la mayoría de los usuarios del sistema de potencia; sólo usuarios con cargas muy grandes están conectados directamente a los sistemas de transmisión y subtransmisión.

La importancia del sistema de distribución como parte vital del sistema de potencia generalmente ha sido subestimada. En la tabla se muestra la participación de esta zona funcional sobre las cifras del sistema de potencia. De las cifras presentadas se puede concluir que el sistema de distribución es la parte dominante del sistema de potencia y que en esta zona funcional existe un gran potencial para mejorar el sistema de potencia.

En el caso particular del autor de este blog, esto lo estudio mediante procesos de simulación por ahora hasta que haya un laboratorio o alguna alianza estratégica de cooperación o trabajo de asesoría.


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wind_speed_difference_input_output

El viento es masa de aire en movimiento y por lo tanto energía cinética neta. Esta masa en movimiento antes de interactuar con las palas de una turbina eólica se desplaza libremente según la diferencia de presiones entre dos zonas de la atmósfera que permite la creación de los vientos. Esta presión permite que se definan unas líneas de flujo. Al momento de interactuar con la turbina parte de la energía cinética contenida en el viento es capturada por los álabres de la turbina y por lo tanto, disminuye su energía cinética que es la esencia de la energía que contienen, y por lo tanto, como resultado se observa una reducción de la velocidad del viento y una expansión de las líneas de flujo caracterizado por una leve reducción de la densidad. Pasada cierta distancia el aire de alrededor de esta velocidad reducida comienza a compensar y comprimir estas líneas de flujo expandidas a un estado normal para ello se gasta parte de energía del viento circundante interactuada por goles cinéticos entre las moléculas de los diferentes componentes del aire.


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Complete News in: http://www.di.se/di/artiklar/2014/10/31/framat-mars-1/

Rymdkamrater. Forskarna Jorge Mirez och Diego Guillen förbereder sig för en Marsresa.

with_diego_reading_plan


Forskarna Jorge Mirez och Diego Guillen i hårdträning inför en resa till Mars.
The Mars Society heter en frivilligorganisation som tränar för att bygga en ny civilisation på Mars. Platsen är Hankville i Utah, en plats regissören James Cameron hittade då han letade efter en inspelningsplats för en rymdfilm som aldrig såg dagens ljus

Att temperaturen på Mars varierar mellan minus 70 och plus 10 grader, det enorma trycket, den kraftfulla och dödliga UV-strålningen och avsaknaden av både syre och vatten, tar de lätt på.

diegoyyo


La confiabilidad de los sistemas de distribución de energía se valora mediante índices de confiabilidad de los puntos de carga de los usuarios en los circuitos primarios de distribución; estos puntos de carga generalmente corresponden a los secundarios de los transformadores de distribución. Quiere esto decir que por lo general no se incluye en esta valoración el efecto de la red secundaria de distribución ni de elementos de conexión de los usuarios como acometidas y contadores de energía.

Al obtener los índices de confiabilidad de los puntos de carga de los usuarios, estos se pueden acumular para obtener los índices del circuito primario. Los índices de confiabilidad de los circuitos primarios se pueden acumular para obtener los índices de confiabilidad de la subestación y los de las subestaciones se pueden acumular para obtener los índices de confiabilidad del sistema.

valoration_type_of_reliability

 

Generalmente, el modelo de predicción solo incluye los componentes del circuito primario de distribución, por lo cual, debe definirse si luego se incorporará el efecto sobre los índices de los puntos de carga de la confiabilidad de la subestación de distribución.


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fault_frecuency

Durante el funcionamiento de un sistema eléctrico pueden haber momentos en que no esta operativa, debido a una falla parcial o total del sistema. Cada elemento tiene una probabilidad de falla dependiendo de varios factores entre ellos diseño, funcionamiento, mantenimiento, entre otros. Hay elementos del sistema mucho más importantes que otros, quizás algunos esenciales como lo puede ser una línea de transmisión si es la única que hay para conectar dos puntos. En todo esto, se puede recurrir a modelar fallas mediante la generación de número aleatorios. En la figura en un período de 100 años se simula las fallas (valor 1) y no fallas (valor 0) de un elemento de un sistema. Se puede ver que en este caso dado que lo hemos hecho sin mayor exactitud, es decir, aleatorios uniformemente distribuidos, encontraremos que la probabilidad de falla es de 0.5 aproximadamente tendiendo a dicho valor si el número de años se hace infinito. Hecho en Matlab de MathWorks Inc.


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reliability_coefficient

Muchas veces se suele utilizar números aleatorios para determinar posibles comportamientos de los sistemas a modelar, en especial, de los que son electroenergéticos. En la gráfica se ha presentado la generación de números aleatorios entre 0 y 1 de manera uniforme mediante un código simple de Matlab. Haciendo varias veces la simulación encuentro que a medida que aumento el número de veces que se genera el aleatorio cada vez el promedio o valor medio se acerca a 0.5. Cuando van 500 ó 1000 años (escala usada en este ejemplo) se tiene una buena aproximación, sin embargo, dependiendo del problema se puede agrandar o reducir la escala. Entre 0 y 1 se ha considerado como indices de confiabilidad dado que estos son indicadores de la performance y seguridad de continuidad del servicio ante cualquier perturbación o disturbio. Un simple expresión simple de valor esperado será de:

E(I) = (1/N) \sum{N}{j=1}(I_{j})


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average_filter_negative_loss

 

Dentro de todas las posibilidad existe la situación en que una variable vaya decayendo con el tiempo, sea por ejemplo la presión o un voltaje. Los sensores ubicados van reportando información dándonos datos de sus mediciones, por lo general, cuando llegan a una computadora o tarjeta tienen que ser discretizados si es que quizás ya vienen discretizados. Con ello, y tras numerosos datos uno puede apreciar como va la tendencia de pendiente como se puede observar en la gráfica, en que una variable tras pasar varias medidas se observa claramente una tendencia de pendiente negativa, a pesar de que hay valores por encima de dicho promedio o por debajo también hay muchas, pero un cálculo rápido permite determinar y visualizarla mejor. El programa esta hecho en Matlab y simula una línea recta de pendiente negativa con valor inicial de 14.4 con ruido de valor medio cero y una desviación estándar. Sirve también para otros campos y a quien le interese, podemos hacer cooperación con el fin de tener, al menos, publicaciones ISI.


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