Archive for the ‘Corriente Alterna’ Category

Conferencia “Motivación en Ingeniería Mecánica Eléctrica, Biomédica y Espacial”. Ciclo de Charlas de Motivación – Lugar Polideportivo Colegio Nacional San Juan de Chota, Chota – Perú. Lunes 20 Junio 2016 – 9 am. Organiza: Promoción Bodas de Plata 1987-1991 “Horacio Zeballos Gamez” – CN San Juan de Chota (in spanish)


Información en detalle disponible en:

https://radiotelescopesnanosatellite.wordpress.com/2016/06/17/conferencia-motivacion-en-ingenieria-mecanica-electrica-biomedica-y-espacial-ciclo-de-charlas-de-motivacion-lugar-polideportivo-colegio-nacional-san-juan-de-chota-chota-peru-lunes-20-junio/

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Variable-speed wind turbine with a hydrogen storage system and a fuel-cell system that reconverts hydrogen to electrical grid

As the wind penetration increases, the hydrogen options become most economical. Also, sales of hydrogen as a vehicle fuel are more lucrative than reconverting the hydrogen back into electricity. Industry is developing low-maintenance electrolysers to produce hydrogen fuel. Because these electrolysers require a constant minimum load, wind turbines must be integrated with grid or energy systems to provide power in the absence of wind.

Electrical energy could be produced and delivered to the grid from hydrogen by a fuel cell or a hydrogen combustion generator. The fuel cell produces power through a chemical reaction, and energy is released from the hydrogen when it reacts with the oxygen in the air. Also, wind electrolysis promises to establish new synergies in energy networks. It will be possible to gradually supply domestic-natural-gas infrastructures, as reserves diminish, by feeding hydrogen from grid-remote wind farms into natural-gas pipelines. The Figure shows a variable-speed wind turbine with a hydrogen storage system and a fuel cell system to reconvert the hydrogen to the electrical grid…

Source:
Juan Manuel Carrasco, Leopoldo García Franquelo, Jan T. Bialasiewicz, Eduardo Galván, Ramón C. Portillo Guisado, Ángeles Martín Prats, José Ignacio León and Narciso Moreno-Alfonso “Power-Electronic Systems for the Grid integration of Renewable Energy Sources: A Survey”. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 53, No. 4, August 2006


Five-level cascaded multilevel converter connected to a multipole low-speed wind-turbine generator

The use of low-speed permanent-magnet generators that have a large number of poles allows obtaining the dc sources from the multiple wounds of this electrical machine, as can be seen in Figure. In this case, the power-electronic building block (PEBB) can be composed of a rectifier, a dc link, and an H-bridge. Another possibility is to replace the rectifier by an additional H-bridge. The continuous reduction of the cost per kilowatt of PEBBs is making the multilevel cascaded topologies to be the most commonly used by the industrial solutions. This as one alternative to multinivel conversors.

Source:
Juan Manuel Carrasco, Leopoldo García Franquelo, Jan T. Bialasiewicz, Eduardo Galván, Ramón C. Portillo Guisado, Ángeles Martín Prats, José Ignacio León and Narciso Moreno-Alfonso “Power-Electronic Systems for the Grid integration of Renewable Energy Sources: A Survey”. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 53, No. 4, August 2006


Two HVDC transmission solutions_Classical LCC-based system with STATCOM and VSC-based system

Classical HVDC transmission systems [as shown in Figure (a)] are based on the current source converters with naturally commutated thyristors, which are the so-called linecommutated converters (LCCs). This name originates from the fact that the applied thyristors need an ac voltage source in order to commutate and thus only can transfer power between two active ac networks. They are, therefore, less useful in connection with the wind farms as the offshore ac grid needs to be powered up prior to a possible startup. A further disadvantage of LCC-based HVDC transmission systems is the lack of the possibility to provide an independent control of the active and reactive powers. Furthermore, they produce large amounts of harmonics, which make the use of large filters inevitable. Voltage-source converter (VSC)-based HVDC transmission systems are gaining more and more attention not only for the grid connection of large offshore wind farms. Figure (b) shows the schematic of a VSC-based HVDC transmission system

Source:
Juan Manuel Carrasco, Leopoldo García Franquelo, Jan T. Bialasiewicz, Eduardo Galván, Ramón C. Portillo Guisado, Ángeles Martín Prats, José Ignacio León and Narciso Moreno-Alfonso “Power-Electronic Systems for the Grid integration of Renewable Energy Sources: A Survey”. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 53, No. 4, August 2006


Single doubly fed induction machine with two fully controlled ac–dc power converters

Variable-Speed Concept Utilizing Doubly Fed Induction Generator (DFIG):In a variable-speed turbine with DFIG, the converter feeds the rotor winding, while the stator winding is connected directly to the grid. This converter, thus decoupling mechanical and electrical frequencies and making variable-speed operation possible, can vary the electrical rotor frequency. This turbine cannot operate in the full range from zero to the rated speed, but the speed range is quite sufficient. This limited speed range is caused by the fact that a converter that is considerably smaller than the rated power of the machine is used. In principle, one can say that the ratio between the size of the converter and the wind-turbine rating is half of the rotor-speed span. In addition to the fact that the converter is smaller, the losses are also lower. The control possibilities of the reactive power are similar to the full power-converter system. For instance, the Spanish company Gamesa supplies this kind of variable-speed wind turbines to the market. The forced switched power-converter scheme is shown in Figure. The converter includes two three-phase ac–dc converters linked by a dc capacitor battery. This scheme allows, on one hand, a vector control of the active and reactive powers of the machine, and on the other hand, a decrease by a high percentage of the harmonic content injected into the grid by the power converter.

Source:
Juan Manuel Carrasco, Leopoldo García Franquelo, Jan T. Bialasiewicz, Eduardo Galván, Ramón C. Portillo Guisado, Ángeles Martín Prats, José Ignacio León and Narciso Moreno-Alfonso “Power-Electronic Systems for the Grid integration of Renewable Energy Sources: A Survey”. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 53, No. 4, August 2006


distribution demand between micosourses electrical network external and storage in a microgrid DC

Sun –> energy provided from photovoltaic energy plant.
Wind –> similar from wind turbine(s)
Batt –> similar from battery bank
ene –> similar injected from electrical network external or utility electric network

In other image in red is the total suministed for this sources and red line is the demand. Other images is cost, evoluction of energy supply from each source and more details. It is made for me (Jorge Mírez) in Matlabb/Simulink and I utilized concept of linear programming. Image is from my destokp laptop.


Example of General hybrid power system model

A simple block diagram of a hybrid power system is shown in Figure. The sources of electric power in this hybrid system consist of a diesel generator, a battery bank, a PV array, and a wind generator. The diesel generator is the main source of power around the world. The output of the diesel generator is regulated ac voltage, which supplies the load directly through the main distribution transformer. The battery bank, the PV array, and the wind turbine are interlinked through a dc bus. The RTU (Remote Terminal Unit) regulates the flow of power to and from the different units, depending on the load. The integration of a RTU into a hybrid power system is important to enhance the performance of the system. The overall purpose of the RTU is to give knowledgeable personnel the ability to monitor and control the hybrid system from an external control center. Since the hybrid systems of interest in this research are located in remote areas, the ability for external monitoring and control is of utmost importance. The RTU is interfaced with a variety of sensors and control devices located at key locations within the hybrid system. The RTU processes the data from these sensors and transmits it to a control center. In addition, the RTU is also capable of receiving control signals and adjusting parameters within the system without the physical presence of the operating personnel.

Source:
Richard W. Wies, Ron A. Johnson, Ashish N. Agrawal and Tyler J. Chubb “Simulink Model for Economic Analysis and Environmental Impacts of a PV With Diesel-Battery System for Remote Villages” IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 20, No. 2, May 2005


Example de AC Microgrid with Diesels CHPs PVs Boilers and conextion with Main Grid

This a example of a AC microgrid with differents equipment from usually photovoltaic solar plant (PV), CHPs, boilers and diesel generators. Many electric lines and loads placed on a characteristic topology of new tendence in market electrical

Source:
In-Su Bae and Jin-O Kim “Phasor Discrete Particle Swarm Optimization Algorithm to Configure Micro-grids” Journal of Electrical Engineering & Technology, Vol. 7, No.1, pp. 9 -16, 2012


Single-phase HFAC microgrid with active filters and DIEMS

The proposed DIEMS (distributed intelligent energy management system) allow instantaneous optimization of alternative and renewable power sources. The use of storage requires an optimization scheme that considers the time-integral part of the load flow. So, the energy management has to perform energy scheduling a single day or multiple days ahead. An intelligent energy management system in thus required which enables short-term energy allocation scheduling at minimun costs based on power generation and load demand. The function of the DIEMS is to generate set points for all the sources and storages in such a way that economically optimized power dispatch will be maintained to fulfill certain load demand. Generation forescast as well as some fast online algorithms are used to define the energy availability and, finally, to define the optimized power dispatch signals to the loads, as well as to the grid using UPLC (universal active power line conditioner). This energy management system, consists of prediction modulo, optimization module, and online control module, is shown in Figure.

Source:
Sudipta Chakraborty, Manoja D. Weiss and M. Godoy Simöes “Distributed Intelligent Energy Management System for a Single-Phase High-Frequency AC Microgrid” IEEE Transactions on Industrial Electronics. Vol. 54, No. 1, February 2007.


General block diagram of the DC microgrid power plant

El block diagram structure of a microgrid is shown in Figure. The main task of the power plant’s power electronic converter is to fit primary energy converter’s output voltage to the microgrid power line voltage, and source operating point control as well as low and high level microgrid’s control. The converter’s structure depends on a type of primary energy converter. A common feature of the converters concerns their output current. It should be permanent and low ripple.

Source:
Piotr Biczel. “Power Electronic Converters in DC Microgrid”. IEEE 5th International Conference – Workshop, Compatibility in Power Electronics, CPE 2007. Poland.


difference of time connected beetwen condensers of a bank condensers

This is my simulation made on Matlab/Simulink about difference time of conextion in bank condensers. The reactive power change in the time and it is aleatory. In this context, the mathematical models have that made the emulation of this performance.


Simulation of the changes in supply of reactive power in Condenser Bank

Any Condenser Bank have many condensers of equal or different capacity. Its is connected in function to the need of reactive power in the distributed network or microsource connected. The change time in the real world is aleatory and stochastic. This figure is a emulation by this problem. Maximum time change of 5 minutes (8.333 in this vertical scale). Horizontal scale is the progressive number times of realization change


 

Example of a hybrid microgrid

This a typical scheme of a microgrid AC/DC. It maybe contain many technologies as micro-source, storage, loads and monitoring and control. Un Microgrid Bus linked the different components.

Source:
N. R. Rahmanov, N. M. Tabatabaei, K. Dursun, O. Z. Kerimov. “Combined AC-DC Microgrids: Case Study – Network Development and Simulation” International Journal on Technical and Physical Problems of Engineering. September 2012, Issue 12, Volume 4, Number 3, Pages 157 – 161.


Characteristics of Copper Wire

Wire size in the United States with diameter less than about 0.5 in. is specified by its American Wire Gage (AWG) number. The AWG numbers are based on wire resistance, which means that larger AWG numbers have higher resistance and hence smaller diameter. Conversely, smaller gage wire has larger diameter and, consequently, lower resistance. Ordinary house wiring is usually No. 12 AWG, which is roughly the diameter of the lead in an ordinary pencil. The largest wire designated with an AWG number is 0000, which is usually written 4/0, with a diameter of 0.460 in. For heavier wire, which is usually stranded (made up of many individual wires bundled together), the size is specified in the United States in thousands of circular mills (kcmil). For example, 1000-kcmil stranded copper wire for utility transmission lines is 1.15 in. in diameter and has a resistance of 0.076 ohms per mile. In countries using the metric system, wire size is simply specified by its diameter in millimeters. In Table gives some
values of wire resistance, in ohms per 100 feet, for various gages of copper wire at 68◦F. Also given is the maximum allowable current for copper wire clad in the most common insulation

Source:
Gilbert M. Masters. “Renewable and Efficient Electric Power Systems”. Jhon Wiley & Sons, Inc., New Jersey. ISBN 0-471-28060-7. 2004


cargas residencial comercial

Cargas residenciales o domiciliarias, dado que tienen el mismo comportamiento junto con las cargas comerciales son simuladas en Matlab/Simulink  de MathWork Inc. y los resultados se muestran en el presente post. Se ha considerado un tiempo de simulación de 72 horas, para el cual se ha cargado los datos de registro de ambos tipos de cargas. Sirve como parte de un sistema mucho más grande en que las cargas eléctricas son una parte de los equipos y elementos que lo constituyen. Estamos hablando de redes de distribución o también microredes. Uno de los problemas que se tiene a simular es calibrar el eje horizontal a la escala de tiempo de simulación, dado que Matlab/Simulink cuenta estados, esta cantidad de estados resueltos por las ecuaciones tiene que luego ser escalados al tiempo de simulación. Redes eléctricas, microredes y SmartGrid son las cosas que me interesan.


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a hybrid ac-dc microgrid system

La figura muestra el concepto de un sistema híbrido ac/dc donde varias fuentes y cargas ac y dc son conectadas a sus correspondientes redes ac y dc. Las redes ac y dc están conectadas a través de dos transformadores y conversores trifásicos ac/dc bidireccionales. Pueden observar la diversidad de micro fuentes que se está utilizando en la descripción de la microred, incluye los diferentes dispositivos de electrónica de potencia que sirven para adecuar la energía eléctrica desde fuentes y para cargas eléctricas. Hay vehículos eléctricos conectados a la microred. Los generadores eólicos tienen diferentes configuración de control (diferentes tipos de turbinas eólicas). Un grupo electrógeno diesel también se da, dado que estos grupos se consideran los que en último caso darán energía a la microred eléctrica en situaciones ya críticas pero a la vez rentables en lo posible en economía. Para todo esto se crea modelos matemáticos de cada elemento y luego se integran en un solo programa en que se puedan cambiar las condiciones de trabajo y analizar las variables de respuesta de lo que se desea estudiar. Yo lo hago en Matlab/Simulink para quienes deseen que les brinde el servicio de asesoramiento.


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Limits of Harmonic Distortion

La distorción armónica total de la corriente de salida en el rango de operación de un generador debe ser menor que 5 % de la corriente fundamental. La tabla muestra el valor de los armónicos que no deben exceder esos límites, expresados en relación a la corriente fundamental. Se habla de armónicos pares e impares, interesan todos dado que dependiendo del armónicos los efectos son diferentes, algunos de ellos se les puede reconocer con los cinco sentidos, otros requieren equipos como Analizadores de Redes Eléctricas. Que hacer en lugares con alta distorción armónica?. Una de las formas más fáciles es colocar un transformador de impedancia y un transformador de aislamiento (corregirme si me equivoco). Sin embargo, estas cosas para instalaciones medianas y grandes resultan bastante caras y espaciosas, considerando también las pérdidas asociadas a su funcionamiento. Por lo tanto, como cliente es pararse bien frente a las empresas de electricidad y como autoproductor de electricidad es comprar un buen generador que cumpla las exigencias de calidad de energía eléctrica, de esta manera proteges tu inversión y obtienes una fiabilidad alta y rentabilidad bastante ya que el beneficio es para toda la instalación (máquinas y sistemas de iluminación que en condiciones adecuadas brinda clima laboral adecuado sin flickers y/o baja iluminación).


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Recommended Service Voltage Variation Limits

La tabla que se presenta acá son lo recomendados límites de variación de voltaje para circuitos que operan con voltajes de hasta 1000 voltios. Hay los límites en condiciones normales y los límites de operación extremos. Quiere decir que los diseñadores de equipos consideran estos valores para el cálculo, selección de materiales y condiciones de trabajo de los equipos eléctricos, electrónicos y electromecánicos que pudieran haber en cualquier instalación. Obviamente que equipos construidos con normas locales, en la vida van a cumplir las exigencias, así mismo, equipos que por cuestión de marca ponen exigencias a los usuarios para mantener el voltaje dentro de un valor determinado y el usuario tiene que hacer inversión en UPS, transformadores de aislamiento y demás cosas (“son las niñas bonitas estas marcas del mercado”). Por lo tanto, al ingreso del circuito estos valores son los recomendados, implica de ahí aguas adentro, el diámetro de los conductores, la topología de la red eléctrica, calidad de empalmes, calidad de contactos, conductores en ductos o bandejas, condiciones ambientales, etc.


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cartucho condensador 1

Quienes hemos visto como funciona un banco de condensadores, podemos ver y escuchar el conectar y desconectar de los condensadores los cuales se van conectando dependiendo de la necesidad de potencia reactiva a inyectar y de las acciones del sistema de control. En la figura se muestra un ejemplo de funcionamiento de condensador para unos 100 estados o ciclos de trabajo, medida que he usado en esta figura, dado que la necesidad de potencia reactiva no depende de la escala de tiempo, es por lo general aleatoria, entonces lo que puedo ir determinando es si esta en conectado ON o desconectado OFF. Un sistema de ceros y unos sirven para identificar cada estado. La simulación está hecha en Matlab de MathWork Inc y complementa lo que post atrás es la ponencia que realice en Costa Rica durante el III Congreso Iberoamericano de Microredes con Generación Distribuida de Renovables. Favor difundir éste blog y si les interesa mis servicios, me escriben :)D


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banco de condensadores

La energía reactiva solicitada por los diferentes dispositivos como motores eléctricos o equipos de electrónica de potencia es para poder funcionar, sin embargo, ocupan espacio dentro de la capacidad de transmisión de los conductores eléctricos, es por ello que hay que reducir dicho flujo a lo necesario que es la potencia activa, sin embargo, no puede ser sólo energía activa, dado que se entrar en una resonancia, pero si bien se puede trabajar en un factor de potencia lo más cercano a 1, pero no tanto que el sistema de control no lo pueda coordinar bien. La figura muestra una simulación del trabajo de un banco de condensadores, se puede apreciar tanto la potencia reactiva solicitada por la red eléctrica como la que brinda el banco de condensadores, ambos lo bastante cercanos que las curvas se parecen suporponer. Hecho en Matlab de MathWorks Inc para todos los interesados en los sistemas eléctricos y en el manejo adecuado del factor de potencia.


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