Archive for the ‘inversor eléctrico’ Category


Vision of the future electricity distribution loaded with independent dc distribution architectures

Estimados lectores… Recogo la información y se las muestro. Esta figura se puede visualizar como será en un futuro la distribución de la electricidad en la que el sistema está cargada o tiene conectados muchos o varias independientes arquitecturas de distribución en corriente continua DC. Valores de 280 Vdc en casas, centros comerciales, datas centers entre otros… pues no estaría mal, además la DC es menos propagación de ondas electromagneticas en el entorno y hay muchas ventajas de la DC frente a la AC. Claro, asumo que alguien recordará a Tesla y su energía free for all, pero hasta lo que se ve, la idea es la misma, la de mantener el mercado electroenergético mediante la compra de electricidad, cambio de repuestos/máquinas, etc… lo mismo de ahora pero en DC, con un pequeño aliciente, en aquellos países que se permita, podrán ser con una inversión, autogeneradores mediante turbinas de viento o paneles solares fotovoltaicos o etc.. pero las reglas de juego al menos a lo que se ve, siempre serán a favor de las empresas públicas o privadas de electricidad… el mercado tiene que sobrevivir, ese es el mensaje. Por lo tanto, si miran bien esta figura, verán que hay mucho por investigar, desarrollar, innovar… Ánimos que si lo pueden hacer en laboratorio excelente !! si no lo pueden, pues están las herramientas de modelamiento y simulación.. Saludos cordiales.


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Block diagram of a micro-turbine-based distributed generation system

Las turbinas de gas poseen un eje que gira a bastantes RPM (una referencia es 100,000 RPM sin embargo hay un amplio rango dependiendo de calidad, fabricante, procedencia, etc.), por lo tanto, esa energía cinética que es resultado de capturar parte de la energía química liberada por la combustión del gas en las cámaras de combustión, necesita de un generador de alta velocidad para la siguiente etapa del proceso que es transformarla en energía eléctrica. Queda entonces luego acomodar la señal eléctrica a lo que el sistema eléctrico a conectarse utiliza, por ello, primero se rectifica, se lleva a un enlace en corriente directa (link dc) y luego a un inversor eléctrico que lo lleva a energía eléctrica en su forma alterna sea monofásica o trifásica (como se indica en la figura)… Por cierto, estos sistemas ya desarrollados vienen encapsulados en diferentes capacidades nominales 5 kW, 10 kW, etc.


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Block diagram of an MSD Gsystem with battery storage

Hola a todos, espero que les sirva cada post del presente Blog. En la figura se observa dos formas de conexión eléctrica de una fuente de almacenamiento a una micro-fuente en una microred. La primera es una configuración sin regulación del flujo de corriente en DC, es decir, se carga y descarga según el voltaje que se presente en tiempo real sin que algún elemento tome acción de control. El segundo esquema (el de la derecha) es una configuración con el bus de DC regulable, es decir, hay un monitoreo y control por medio de un convertidor dc/dc de la carga y descarga de la batería, de esta manera se optimiza y hace un mejor uso de la energía eléctrica, dado que este sistema está integrado con otros equipos sean cargas o microfuentes como parte de una microred o una multi-microgrid. Bus DC que cada vez va tomando importancia dentro de los sistemas eléctricos dado que va enlazado funcionalmente con la persencia de equipos de electrónica de potencia.


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Circuits chematic of the inverter-based island micro-source distributed generation system

Bien pues, algo que no es mi fuerte pero que de todas maneras es parte importante dentro de los diferentes equipos que ahora se utilizan en las energías renovables. Es el diagrama esquemático de un inversor. Los hay de diferentes tecnologías en materiales y marcas y modelos, pero este es un esquema bastante usual en los mismos. Quienes estudian electrónica de potencia deberían hacer al menos uno durante su carrera de pregrado dado que en el corto plazo van a ser tan tan utilizados y comunes como un teléfono celular. Esta la parte que hace los pulsos y el PWM, el filtrado y la conversión de voltaje. En esto del filtrado se escoge adecuadamente los elementos de filtro de tal manera que no se propaguen armónicos ni ruido en el sistema. También hay simulaciones de dichos elementos, en Matlab y en otros softwares… todo ello es bueno e interesante, sin embargo, una adecuada comprensión de como funciona es útil para el diario vivir de un ingeniero…


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DERs with different control strategies

  1. DERs grid-forming: Estas unidades son la columna vertebral de las microgrids. Siendo responsable de mantener estable las condiciones del sistema de potencia, estas unidades constantemente hacen control de frecuencia y voltaje tener a tono los sistemas de generación y la demanda. Estas unidades pueden ser convencionales generadores síncronos o Inversores de Fuente de Voltaje (VSI) con almacenamiento de baterías.
  2. DERs grid-supporting: Unidades controlables (despachables) los cuales son dependientes del voltaje y frecuencia del bus. Estas unidades pueden ser de almacenamiento (volantes de inercia, baterías, almacenamiento térmico) o generadores cuyos principal recursos son despachables (celdas de combustible, micro turbinas, etc).
  3. DERs grid-following: Generadores no controlables. Estas unidades son frecuentemente diseñados para maximizar su salida por medio de Seguidores de Punto de Máxima Potencia (MPPT). Ellos no realizan control de frecuencia y voltaje en su PCC, en su lugar, ellos “siguen” la señal de voltaje y frecuencia y actúan como una fuente de corriente. La principal guía para esta estrategia de control es la incertidumbre de la fuente de energía primaria de estas tecnologías. Algunos ejemplos son las celdas fotovoltaicas y las pequeñas turbinas eólicas.

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Power electronics interface for a hybrid system PV inverter plus battery storage

Estos tipos de generadores usan la conmutación de los convertidores de electrónica de potencia para transformar la energía almacenada o en tránsito. Las eficiencias de estos dispositivos están en el rango de entre 90 % y 98 % dependiendo de la tecnología usada y condiciones de operación. Comunes aplicaciones son para almacenamiento de baterías, inversores fotovoltaicos o dondequiera una conversión de potencia es necesario. La figura muestra la general estructura de un inversor electrónico de potencia híbrido conectado a una microgrid…


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eficiencia de inversor monofásico de 10 kW

La figura se muestra una curva de eficiencia del funcionamiento de un inversor monofásico de 10 kW de capacidad nominal. Vemos que hay una reducción en la eficiencia a baja capacidad. Una visión que es parecida a los de las máquinas de combustión interna y similares que cuando funcionan a baja capacidad se empeoran sus características de funcionamiento. Es la modernidad de que cada inversor cuente con un dataloger de almacenamiento de datos interno de al menos tres meses para que el usuario pueda ver como ha sido el funcionamiento del inversor. Tres meses que son aproximadamente la época de invierno crudo en Norteamérica y Europa extremo en que desplazarse puede ser difícil. Eso es lo mínimo puesto que una conexión a PC remota y otras cosas más modernas son posibles ahora.


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diagrama eléctrico de un inversor monofásico

Se muestra en la figura un inversor monofásico, con varias entradas monofásicas provenientes desde módulos (paneles) solares fotovoltaicos. El equipo cuenta adicionalmente con protecciones de: polarización inversa, sobretensiones en la entrada y la salida mediante descargadores tipo 3, cortocircuitos y sobrecargas en la salida, fallo del aislamiento, anti-isla con desconexión automática, que es lo mínimo a solicitarse para una instalación.


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Solar PV as intermittent DG within power quality environment

Este sistema suministra energía complementaria en el mismo lugar de consumo de energía. Es lo usual que se puede ver en muchas aplicaciones, en el que el inversor hace seguimiento de la onda senoidal que ingresa desde la red eléctrica externa a través del transformador. Los requerimientos de calidad de energía son locales e idealmente no habría alguna desconexión de la red externa


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Microsource_diagram

La figura muestra los detalles de cada fuente. La potencia es proveída por una fuente de voltaje DC. Este suministro es una excelente emulación de un sistema de microturbina o celdas de combustibles con almacenamiento sobre el bus DC. En los terminales AC del inversor hay un filtro LC para atrapar los componentes en la frecuencia de switching (suitcheo). El tamaño del transformador e inductor son dimensionados para asegurar que el ángulo de voltaje a través de la inductancia es 10° a potencia nominal. El control es digitalmente implementado en un DSP (Procesador Digital de Señales) para manejar el comportamiento del inversor. La medición del flujo de corriente es usado en la opción de control de flujo de alimentador. Notar que la medición de la corriente inyectada por la unidad es necesario también durante el control de flujo de alimentador dado que ello es usado para calcular la potencia reactiva Q y la potencia activa P para cumplir sus límites.


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Para algún día ser Premios Nóbel, seis ingredientes fundamentales: mucha curiosidad, una educación de base sólida, un buen mentor, un lugar donde se esté desarrollando ciencia de buen nivel y, sobre todo, una forma de pensar poco convencional


condiciones_para_obtener_premio_nobel

“El Dr. Norrby comentó a los estudiantes de nuestro campus que para algún día ser Premios Nobel, no deben olvidar seis ingredientes fundamentales: mucha curiosidad por explicar ciertos fenómenos, una educación de base sólida, un buen mentor [alguien que te clarifique el camino y esté al tanto de lo que sucede en el mundo, de la importancia de tal o cual investigación en beneficio de la humanidad… tan importante es tener un buen mentor], un lugar donde se esté desarrollando ciencia de buen nivel,  experimentos fuera de serie que rompan paradigmas en una rama que los intrigue y, sobre todo, una forma de pensar poco convencional”.

Estimados (gentlement) lo comparto porque lo veo importante… muy importante lo diría si uno se fija en lo que sugiere el entrevistado y la realidad universitaria.

Fuente: http://www2.ccm.itesm.mx/sites/ccm.itesm.mx.talentotec/files/historico/talentotec055.pdf

 


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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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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now I am member of Technical Program Committee de 2015 ISGT-LA Conference on Innovative Smart Grid Technolgies. Octuber 5-6-7, 2015. Montevideo – Uruguay.


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Please visit

http://www.isgtla.org/Programcommittee.html

The Web Site of 2015 ISGT-LA Conference

http://www.isgtla.org

J438: Visitas al blog durante el mes de febrero 2012


Muchas gracias a todos los visitantes del presente blog… este mes de febrero marcaron nuevo record de visitas, el más alto hasta el momento. Grato compartir con Uds. los temas del blog, favor difundirlo y también gracias a todos aquellos que me escriben pidiendo orientación, información, revisión de sus trabajos, asesoría. Tienen ahi el email y la dirección postal en caso necesario.

Gracias también a todos aquellos que escriben pidiendo orientación,  que revise sus trabajos, asesoría, etc… favor difundan el blog y os espero sirva a estudiantes y profesionales.

Gracias nuevamente por las visitas y queda seguir el compromiso de implementar con más el blog… Best regards


Estimado(a) amigo(a). Jueves 23 de febrero es mi cumple y te invito a compartir un almuerzo a la 1 pm en el Rest Teatro UNI (ingreso por la puerta 3 de la UNI http://www.uni.edu.pe)
Es para un momento de compartir la vida académica, profesional y personal. Llevar para su almuerzo, los regalos me son indiferentes, deseo que vayan todos los posibles, asi al menos también promovemos las reuniones sanas docentes – alumnos = amigos de la UNI y de otras universidades.
Les espero…

Atte
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Jorge Mírez  Eng Mechanical Electrical, MSc Physics, Assistant Professor
Faculty of Science http://fc.uni.edu.pe
Universidad Nacional de Ingeniería – PERU  http://www.uni.edu.pe 
Personal Blog:
Blog on Matlab/Simulink in Renewable Energy  https://jmirez.wordpress.com
Blog on Matlab/Simulink in Control Theory http://jmirezcontrol.wordpress.com
Blog on Matlab/Simulink in Mathematics http://jmirezmath.wordpress.com
Blog en Equipos y Máquinas en Salud http://jmirezmedical.wordpress.com
Blog on Matlab/Simulink in Economics http://jmirezeconomics.wordpress.com
Blog on Matlab/Simulink in Physics http://jmirezphysics.wordpress.com
Postal Address:
Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ciencias 2009 – Puerta #5
Av. Tupac Amaru N° 210 Rimac (Lima – Perú) Casilla 31-139

Las conversoras HVDC introducen armónicos tanto AC como DC, los cuales son inyectadas en el sistema AC y a la línea DC respectivamente. Existen varios problemas asociados con la inyección de armónicos, algunos de estos problemas son los siguientes:

  1. Interferencia telefónica.
  2. Pérdidas de potencia y el consecuente calentamiento de las máquinas y capacitores asociados al sistema.
  3. Sobrevoltajes debido a las resonancias.
  4. Inestabilidad en el control de las conversoras, principalmente con control de fase individual (IPC) en la generación de los pulsos de disparo de los tiristores.
  5. Interferencia con los sistemas de control de ripple en gestión de la carga.

FILTROS AC

Los filtros AC poseen normalmente una doble función ya que por una parte se encargan de absorber los armónicos generadores por las conversoras y por otro lado proporcionan una parte de la potencia reactiva necesaria para el proceso de conversión. Los filtros para rectificadores de 12 pulsos se diseñan principalmente para filtras armónicos característicos del orden de 12n+/- 1, sin embargo, en condiciones anormales de funcionamiento de la estación se producen armónicas no características como los de 3er orden que también deben filtrarse.

Los armónicos no característicos son producidas principalmente por: (i) operación no balanceada de los dos puentes conversores que forman los conversores de 12 pulsos (ii) error en los ángulos de disparo (iii) voltajes AC no balanceados o distorsionados y (iv) transformadores con distinta impedancia. Los armónicos producidos debido a la primera causa son llamadas armónicos residuales. Estos se producen principalmente debido a diferencias en los ángulos de disparo de los dos puentes conversores, lo que guía a una desigual cancelación de armónicos de orden 5,7,17,19, etc. La impedancia desigual de los dos transformadores conversores que alimenta a las dos conversoras, también guían a armónicos residuales. Las últimas tres causas pueden guiar a la generación de armónicos de orden triple o doble.

Considerando todas las fuentes posibles de armónicos no característicos, se puede encontrar armónicos a partir del orden 2. La magnitud de éstos, es pequeña si se compara con la de los armónicos característicos. La principal consecuencia de este tipo de armónicos son: el incremento de las interferencias telefónicas e inestabilidad del sistema de control.

FILTROS DC

Estos filtros se encargan de reducir el componente AC de la señal continua que se desea obtener. Básicamente, son filtros pasa bajos diseñados para filtrar armónicos de varios órdenes. Se conectan en paralelo con la línea DC.

Armónicos de voltaje que puedan ocurrir en el lado DC de una estación conversora causan corrientes AC, las cuales pueden sumarse a la corriente DC de la línea de transmisión. Estas corrientes alternas de alta frecuencia pueden crear interferencia en los sistemas telefónicos vecinos a pesar de las limitaciones impuestas por el reactor de alisamiento. Los filtros DC, que son conectados regularmente en paralelo a la estación de los polos, son una efectiva herramienta para combatir estos problemas. La configuración de los filtros DC es muy semejante a la de los filtros AC.


En la figura se muestra varios ángulos eléctricos, utilizados comúnmente para definir el modo de operación de las estaciones conversoras. Estos ángulos son medidos utilizando el voltaje trifásico en las válvulas y están basados en condiciones ideales, con el sistema actuando libre de armónicos y el voltaje de conmutación trifásico balanceado. Se aplican tanto al inversor como al rectificador.

Ángulo de retraso \alpha: El tiempo expresado en grados eléctricos medido desde que el voltaje de conmutación sinusoidal idealizado cruza por cero hasta el instante en que la corriente por una válvula comienza a circular. Este ángulo es controlado por el pulso de disparo en la puerta de control del tiristor. Si este ángulo es menor que 90°, actúa como inversor. Este ángulo es a menudo referido como ángulo de disparo.

Ángulo de adelanto \beta: Corresponde al tiempo expresado en grados eléctricos medido desde el instante en que la corriente empieza a conducir por una válvula hasta el próximo cruce por cero del voltaje de conmutación (idealizado). El ángulo de avance o adelanto \beta está relacionado en grados con el ángulo de disprado \alpha por:

\beta = 180 – \alpha

Ángulo de traslado \mu: El tiempo de duración de la conmutación entre dos válvulas expresadas en grados eléctricos.

Ángulo de extinción \gamma: El tiempo expresado en grados eléctricos medido desde el término en la conducción de corriente de una válvula hasta el próximo cruce por cero del voltaje de conmutación idealizado. \gamma depende del ángulo de avance \beta y del ángulo de traslapo \mu según la siguiente ecuación

\gamma = \beta – \mu


En el futuro desarrollo de la generación distribuida, influirá de forma decisiva la eficiencia con que se consiga transmitir a la red eléctrica, de media o baja tensión, la energía producida en microgeneradores. En este sentido, el uso de sistemas de electrónica de potencia para acoplar a la red generadores y sistema de almacenamiento de energia, permitirá a éstos dar  servicios tales como regulación de tensión (VAR). Se podrà además aprovechar la rápida respuesta en el tiempo de estos dispositivos (inferiores a un ciclo de corriente alterna) para reducir la contribución de microgeneradores a las fallas producidas en la red.

La versatilidad, fiabilidad y cada vez más bajo coste de los dispositivos electrónicos, hace que su uso esté cada vez más extendido, asumiendo funciones tradicionalmente desempeñadas por sistemas electromagnéticos y electromecánicos. Son capaces de adaptar a valores adecuados para su conexión a la red eléctrica convencional, casi cualquier tipo de características de tensión e intensidad a la entrada.

En la ilustración 1 tenemos un diagrama típico de una interface de electrónica de potencia. Para adaptar la energía procedente de microgeneradores, se procude en primer lugar una rectificación a DC, de la tensión de entrada para luego, mediante un inversor, generar una onda de tensión de las mismas características tensión – frecuencia que el sistema eléctrico de potencia al que se pretende conectar. En el caso de dispositivos de almacenamiento de energía, como proporcionan corriente continua, sólo el inversor es necesario.

Aprovechando el potencial que proporciona la electrónica, es posible incluir además funciones de protección y control del generador además de funciones de medida.

Beneficios imporatnte que se derivan del uso de la electrónica de potencia son:

  • Mejora de la calidad de la energía entregada a la red, suprimiendo la generación de armónicos mediante el uso de filtros.
  • Regulación de tensiones y generación de energía reactiva. A partir de la tensión rectificada, el inversor puede producir una onda de tensión alterna con tensión y fase arbitraria. Esto permite variar el factor de potencia en un rango más amplio que en los generadores síncronos.
  • Reducción de la contribución de la generación distribuida a las corrientes de fallas. La existencia de generación distribuida en un sistema puede afectar negativamente a la coordinación de las protecciones a la hora de despejar una falla. Esto es debido a que disminuye la corriente de falla aguas arriba del generador. La electrónica debe en este caso detectar la presencia de una falla en la red de desconectar el generador.
  • Integración de distintas fuentes de generación distribuida. Con un diseño específico, es posible implementar un bus DC donde aporten energía varios generadores o acumuladores, teniendo cada uno de ellos distintas tecnologías. En esta situación sería necesario un único inversor para conectarlos todos a la red eléctrica.
  • Conmutación rápida entre modo integrado y modo isla.

El uso intensivo de la electrónica de potencia en la conexión de equipos de generación a microredes permitirá su modularización, asì como el descenso de los costes de producción.

 


Como ha sido costumbre durante el año 2011, cada mes he venido presentando la cantidad de visitas a este blog, mediante una figura copia de la sección de estadísticas que da WordPress. Este mes de diciembre ha sido muy fructífero, dado que ha habido una importante cantidad de visitas, a pesar del poco tiempo que le dedique a hacer nuevas entradas al blog, obligado por la agenda recargada entre docencia, estudios de doctorado en física y trabajos otros.

Muchas gracias por visitar el blog y por recomendarlo… este año 2012, me he propuesto nuevas metas que espero compartir con todos los internautas interesados en el tema no sólo en este blog sino en los otros blogs que administro también.

Recuerden que se da asesoria en temas de energías renovables, desarrollo de tesis pregrado y postgrado, trabajos de investigación, lo desarrollamos coordinadamente con los interesados….