Revista Técnica energía

Probabilistic Evaluation and Risk Management of Network Loadability for the Commissioning of the Quito Subway considering the Stochastic Motion of Electric Trains

Resumen: El presente artículo propone una metodología para evaluar el impacto de las cargas móviles (trenes eléctricos) del sistema eléctrico del Metro de Quito en la red de la Empresa Eléctrica Quito. Esta metodología, basada en simulación de Montecarlo, permite la generación aleatoria de escenarios de operación de transporte masivo considerando: el desplazamiento, consumo de energía y condiciones de operación de los trenes eléctricos. La propuesta metodológica permite la evaluación probabilística de flujos de potencia mediante funciones de densidad de probabilidad (PDF por sus siglas en inglés); y adicionalmente, propone el cálculo de índices de riesgo para medir, dado un grado de confianza, los mínimos o máximos valores esperados de nivel de carga, voltaje, entre otros factores que caracterizan el nivel de cargabilidad de una red.

Abstract: This paper presents a methodological proposal to assess the effects of the Quito City Subway’s mobile loads (electric trains) over the Empresa Eléctrica Quito’s electric grid. This proposal, based on Monte Carlo simulation, allows generating random operation scenarios for mass electric transportation systems considering movement, energy consumption, and operating conditions for electric trains. This method gauges probabilistic power flows using probability density functions (PDFs). In the same way, it computes risk indexes to measure the minimum or maximum expected values of loadability characterizing factors, such as equipment loading, voltage profiles, among others taking into account a defined degree of confidence.

Forecast of energy and power demand of the Quito Electric System

Resumen: Para la Empresa Eléctrica Quito identificar el comportamiento futuro de sus variables de demanda de energía constituye una acción fundamental, ya que, a partir de esta, la empresa planifica su inversión en infraestructura eléctrica. Para atender a esta problemática, el presente estudio tiene como objetivo pronosticar la demanda en energía y potencia del Sistema Eléctrico Quito en el mediano plazo. Para esto, se desarrolla un modelo predictivo fundamentado en la metodología Box-Jenkins. Los resultados obtenidos muestran que las estructuras propuestas para modelar las series de demanda en potencia y energía (suministro y facturación) tienen un mejor ajuste que el modelo determinista utilizado actualmente por la empresa.

Abstract: For the Empresa Electrica Quito, identify the future behavior of its energy demand variables constitutes a fundamental action, because, from this, the company plans its investment in electrical infrastructure. To meet for this problem, this study aims to forecast the demand for energy and power of the Sistema Eléctrico Quito in the medium term. For this, a predictive model based on the Box-Jenkins methodology is developed. The results obtained show that the structures proposed to model the power and energy demand series (supply and billing) have a better adjustment than the deterministic model actually used by the company.

Nuclear Fission Reactor Generations Safety Evolution Analysis

Resumen: Hoy en día, existe un debate sobre qué tan confiable es la energía nuclear en términos de seguridad. Algunos países están prohibiendo su proliferación, mientras que otros apoyan la construcción de nuevas centrales nucleares. Existen múltiples riesgos de su implementación no solo para el medio ambiente sino también para la salud pública. En este artículo se analiza la evolución de las características de seguridad de los reactores de fisión nuclear a través de generaciones para mejorar la confiabilidad. Se incluye información sobre cómo las plantas de energía nuclear garantizan la seguridad y cuáles son los riesgos reales al producir energía nuclear. Además, se describen algunos accidentes en el pasado, así como la gestión de residuos radiactivos. Finalmente, también se presentan algunos estándares y atributos para la producción de energía. El objetivo de este análisis es proporcionar diferentes perspectivas de las implicaciones técnicas de la energía nuclear para ofrecer una comprensión clara de los peligros de los desechos nucleares. La atención se centra no solo en el papel de las regulaciones internacionales, sino también en los accidentes pasados que han llevado al desarrollo de generaciones de reactores de fisión nuclear. En este trabajo, se explica la importancia de apoyar la no proliferación de la energía nuclear hasta que se encuentren soluciones reales para la amenaza de la radioactividad nuclear.

Abstract: Nowadays, there is a debate about how reliable nuclear power is in terms of safety. Some countries are banning its proliferation while others support the construction of new nuclear power plants. There are multiple risks of its implementation not only for the environment but also for public health. In this paper it is analyzed the evolution of nuclear fission reactors safety features through generations for security improvements. It is included information about how nuclear power plants guaranty safeness and what the real risks are when producing nuclear power. Moreover, some accidents in the past are described as well as radioactive waste management. Finally, some standards and attributes for energy production are also presented. The aim of this analysis is to provide different perspectives from technical to social implications of nuclear power to offer a clear understanding of nuclear waste hazards. The focus is not only on the role of international regulations but also on past accidents that have led to develop nuclear fission reactor generations. In this work, it is explained the importance of supporting nuclear power nonproliferation until real solutions are found for nuclear radioactivity threat.

Local recorder of electrical parameters for determining the behavior of the residential demand in the city of Cuenca

Resumen: En esta investigación se presenta un instrumento electrónico, desarrollado localmente, para registrar datos de los parámetros eléctricos relacionados al consumo energético de las viviendas de la ciudad de Cuenca-Ecuador, con el fin de conocer el comportamiento de la demanda y corroborar que el equipo de mayor consumo dentro de los domicilios es la refrigeradora. Mediante las mediciones en tiempo real, se puede conocer valores de primera mano de los parámetros eléctricos a nivel de abonado, lo cual todavía no ha sido realizado en el sector residencial del país. Para ello, se desarrolla un equipo electrónico, que mediante un software de programación entrega los datos de tensión y corriente RMS, así como el factor de potencia y la potencia activa que contabiliza o registra el equipo continuamente en periodos de un segundo. Este aparato fue desarrollado con recursos económicos relativamente bajos por lo que podría ser difundido y usado masivamente. La importancia de tener los parámetros eléctricos en tiempo real, inicia con la eliminación definitiva de la especulación de consumos en base a estimaciones y allana el camino para controlar la demanda desde el usuario. Mediante el análisis de los resultados y las curvas de consumo energético, se proponen además criterios de consumo de electricidad dentro del sector residencial, propendiendo al cambio de comportamientos de dicho consumo. De la misma forma, con los análisis realizados es posible aportar con recomendaciones de eficiencia energética para un adecuado dimensionamiento de los equipos que componen el sistema de distribución en el sector residencial de Cuenca.

Abstract: The aim of this research is to present an electronic instrument, developed locally, which allows to log electrical data and to model energy consumptions of homes in the city of Cuenca-Ecuador. This hands-on research is carried out in order to identify the energy behavior of the electrical demand and to corroborate that the refrigerator is the electric appliance with the most energy consumption inside the homes. By means of real-time measurements it is possible to get first-hand values of electrical parameters at the subscriber level, which has not yet been done in the residential sector of the country. For this reason, an electronic device is developed, which, through firmware programming, delivers RMS voltage, RMS current, power factor and the active power. The equipment records the parameters continuously in periods of one second. This device was developed with relatively low economic resources so it could be disseminated and used massively. The importance of having the electrical parameters in real time begins with the final elimination of consumption speculation based on estimations and paves the way to control the demand from the user side. Through modeling and analysis of the results and the energy consumption curves, energy consumption policies are also proposed within the residential sector, suggesting to change the behavior of the electric energy consumption. In the same way, based on the analysis of the results, it is possible to contribute with technical criteria of energy efficiency for an adequate dimensioning of electrical equipment that conform the distribution system in the residential sector of Cuenca.

Conceptual Bases for the Use of Real-Time Contingency Analysis including Situational Awareness Criteria. Study Case CENACE-ECUADOR Control Center

Resumen: La operación segura de sistemas eléctricos requiere que los Operadores, sobre los cuales recae esta gran responsabilidad, reconozcan de forma permanente el estado en que se encuentra la red supervisada y dispongan de los recursos para identificar amenazas probables, que le permitan anticipar y reaccionar de manera segura frente a eventos fortuitos de consecuencias predecibles, como ocurren cuando hay la salida de equipos durante la operación. En el ámbito de la Consciencia Situacional se dispone de una metodología que adecuadamente integrada con herramientas como el Análisis de Contingencias, posibilitan capacidades avanzadas de supervisión. Esto solo es posible, si se desarrollan a cabalidad tres fases de implementación, que se proponen conceptualmente en este trabajo como son; Modelación - Sintonización y Personalización. Siendo la Personalización la extensión metodológica clave para el logro de la integración planteada en este trabajo basado en años de experiencia de los autores en sistemas SCADA-GMS-EMS.

Abstract: The safe operation of a large electrical power systems requires Operators to permanently recognize the state of their supervised network and make effective use of the available resources to face probable threats. Situational Awareness and Real Time Contingency Analysis properly customized can become powerful aids to anticipate and perform safely during incidental events of predictable consequences. In this paper we propose a methodology to assure effective integration and use of both of these powerful resources in the control room. A threetier methodology; Modeling - Tuning and Customization is conceptually proposed and described based on years of experience of the authors working with Security Applications in SCADA-GMS-EMS.

Implementation of a hydrological model to optimize the operation of Baba Hydroelectric Power Plant

Resumen: Con objeto de mejorar la regulación del embalse asociado a la Central Hidroeléctrica Baba y optimizar el aprovechamiento del recurso para la producción energética se desarrolló un modelo hidrológico que por primera vez se incorpora como insumo para la toma de decisiones en cuanto a su manejo.Este documento motiva la elección del modelo TETIS y propone el desarrollo de una metodología para su implementación que permita obtener el pronóstico de caudales en la cuenca aportante al embalse de la Central Hidroeléctrica Baba. La metodología planteada es reproducible en otras cuencas del Ecuador al haberse desarrollado en función de datos topográficos y de usos y tipos de suelo disponibles a nivel nacional.Motivado por el objeto del modelo de optimizar la producción energética en la central Baba se ha desarrollado con una escala temporal horaria, teniendo en cuenta los datos de origen y para mantener tiempos de computación razonables la escala espacial elegida ha sido de 200 metros de tamaño de celda. Con coeficiente de eficiencia para calibración de 0,9014 y para validación de 0,5538 y 0,6692 se puede considerar la fiabilidad del modelo como buena. Otra funcionalidad del modelo será la gestión de riesgos aguas abajo por avenida, anticipando la llegada de altos caudales y haciendo posible una alerta más temprana mediante su incorporación en Sistemas de Alerta Temprana y Sistemas de Ayuda a la Decisión.

Abstract: In order to improve the regulation of the reservoir associated with the Baba Hydroelectric Power Plant and optimize the use of the resource for energy production, a hydrological model was developed and was incorporated for the first time as an input for decision making regarding its management. This paper motivates the choice of the TETIS model and proposes the development of a methodology for its implementation to obtain the forecast of flows in the basin contributing to the reservoir. The proposed methodology is reproducible in other water sheds of Ecuador because it's been developed based on topographic data, land uses and soil types available at national level.Motivated by the purpose of the model to optimizing energy production in the Baba plant, it has been developed with an 1 hour time scale, considering the origin data and keeping reasonable computing times, the spatial scale chosen is 200 meters cell size. With an efficiency coefficient for calibration of 0.9014 and 0.5538 and 0.6692 for validation, the reliability of the model can be considered as good.Another functionality of the model will be risk management downstream by avenue, anticipating the arrival of high flows and making possible an earlier alert through its incorporation in Early Warning Systems and Decision Support Systems.

Quality control and assurance plan for the recovery of a Francis turbine runner from a hydroelectric power plant

Resumen: El propósito del presente trabajo es establecer el procedimiento para el plan de inspección y ejecución de pruebas, para el control y el aseguramiento de la calidad, durante el proceso de recuperación de los rodetes de las turbinas Francis, que son elementos empleados como parte fundamental en las turbinas hidráulicas para la generación de energía eléctrica. El procedimiento de recuperación se basa en ejecutar el control dimensional sobre la geometría del rodete, la caracterización del material, el análisis metalográfico y los ensayos no destructivos END sobre los cordones de soldadura en base a las directrices de la especificación para máquinas hidráulicas CCH 70-4; para determinar las zonas de desgaste, afectadas por los fenómenos de cavitación, corrosión y erosión; así como las áreas dañadas por los mecanismos de falla como consecuencia de esfuerzos inherentes a factores de diseño, cargas y funcionamiento de las máquinas. Además, con esto se crea una referencia en cuanto a las capacidades técnicas y tecnológicas en el país, que se proyecta a nivel de la región para brindar servicios y soluciones de ingeniería especializados, logrando romper la dependencia de las grandes empresas extranjeras, creando un valor agregado con la transferencia del conocimiento; obteniendo de esta manera un ahorro sustancial en costos y tiempo en el proceso de recuperación de un rodete.

Abstract: The purpose of this paper is to establish the procedure for the inspection and execution of tests to control and assurance of quality, during the recovery process of the Francis runners, which are elements used as a fundamental part in hydraulic turbines for the generation of electric power. The recovery is based on executing the dimensional control over runner geometry, the material characterization, the metallographic analysis and non-destructive tests (NDT) on welds based on the guidelines of the specification for hydraulic machines CCH 70-4; to determine the zones of wear affected by phenomena such as: cavitation, corrosion and erosion; as well as areas damaged by failure mechanisms as a result of efforts to design, loads and operating factors of the machines. In addition, this creates a reference in terms of technical and technological capabilities in the country, which is projected at the regional level to provide services and specialized engineering solutions, achieving to break the dependence of big foreign companies, creating an added value with the transfer of knowledge; obtaining in this way a substantial saving in costs and time in the process of runner’s recovery.

Power factor determination through the use of SBC in residential customers

Resumen: El entregar un servicio eléctrico de calidad es el principal objetivo de las empresas distribuidoras de energía. Existen problemas de afección en la distribución de energía y uno de ellos son los efectos negativos causados por los armónicos presentes en las cargas lineales y no lineales utilizadas por clientes residenciales e industriales, afectándose directamente en forma negativa el factor de potencia. En este trabajo se mide el factor de potencia producido por cargas típicas que se encuentran en áreas residenciales por medio de un medidor inteligente basado el uso de SBC (Single Board Computer), como son la Raspberry Pi y el Arduino. Además, se evalúan los efectos producidos por este factor de potencia para luego determinar su influencia en la distorsión de voltaje en un sistema de distribución.

Abstract: The delivery of a quality electric service is the main objective of the energy distribution companies. There are problems of affection in the distribution of energy and one of them are the negative effects caused by the harmonics present in the linear and non-linear loads used by residential and industrial customers sectors, directly affecting the power factor negatively. In this work we measure the power factor produced by typical loads used in residential areas by means of an intelligent based on the use of SBC (Single Board Computer), such as the Raspberry Pi and the Arduino. In addition, the effects produced by the power factor are evaluated to then determine its influence on the voltage distortion in a distribution system.

Design of Control Systems Based on Frequency Domain Analysis

Resumen: El trabajo presenta un análisis de los sistemas en el dominio de frecuencias, dado importancia y amplio uso para diferentes áreas de la ciencia y la ingeniería como el diseño de sistemas de control. Vinculado al análisis del dominio en frecuencia, se ocupa del uso de la herramienta gráfica de los diagramas de Bode, que se utiliza para visualizar las acciones necesarias para que los sistemas propuestos sean estables a través de la inclusión de varios controladores como PI o PID. Los resultados obtenidos permiten corroborar la importancia y el potencial del análisis en el dominio de frecuencias para los casos comunes de sistemas expresados como funciones de transferencia.

Abstract: The paper presents an analysis of the systems in the frequency domain, given importance and wide use for different areas of science and engineering as the design of control systems. Linked to the analysis of the domain in frequency, it deals with the use of the graphical tool of the diagrams of Bode, which is used to visualize the required actions so that the proposed systems are stable through the inclusion of various controllers like PI or PID. The results obtained make it possible to corroborate the importance and the potential of the analysis in the frequency domain for common cases of systems expressed as transference functions. The proposed methodology is applied in the design of controller in operation, control of electrical power systems or control or power converters.