Revista Técnica energía

Economic Dispatch of the Hybrid System of the Santa Cruz and Baltra Islands Incorporating the Randomness of Power of the Eolic and Solar Photovoltaic Systems

Resumen: En este trabajo se desarrolla un modelo para la realización del Despacho Económico a corto plazo (24 horas de un día típico) del Sistema Híbrido de las Islas Santa Cruz y Baltra (generación térmica, eólica y solar fotovoltaica) ubicada en Galápagos. Debido a la aleatoriedad que presenta el recurso eólico y solar (variables aleatorias), para poder introducir la Potencia de estos sistemas renovables dentro del problema del Despacho Económico, se realiza un tratamiento a las variables aleatorias, utilizando las Técnicas de Simulaciones de Montecarlo, para lo cual, se cuenta con una base de datos históricos de tres años. Para el Despacho Económico se considera que las fuentes renovables entregan toda la potencia determinada en el tratamiento, pero como no es suficiente para abastecer la carga del sistema híbrido, la potencia faltante se la complementa con generación térmica. En el presente trabajo no se considera la modelación de sistemas de almacenamiento o banco de baterías. Para realizar el Despacho Económico de la generación térmica, se utilizan los flujos óptimos de potencia, que buscan minimizar los costos operativos de generación, utilizando el método del punto interior

Abstract: In the present work a model is developed for the realization of the Economic Dispatch in the short term (24 hours of a typical day) of the Baltra and Santa Cruz Island Hybrid System (thermal, wind and solar photovoltaic generation) located in Galápagos. Due to the randomness that the wind and solar resource presents (random variables), in order to introduce the Power of these renewable systems within the problem of the Economic Dispatch, a treatment is made to the random variables, using Montecarlo Simulations Techniques, for which, there is a three years of historical data base. For the Economic Dispatch is considered that the renewable sources deliver all the power determined in the treatment, but as it isn’t enough to supply the load of hybrid system, the missing power is complemented by thermal generation. In the current work the storage systems or battery bank is not modeled. To perform Economic Dispatch of the thermal generation, the optimal power flows are used, that look for minimizing the generation operating costs, using the interior point method.

Design and Construction of a Low-Cost Phasor Measurement Unit (PMU) for Three- Phase Distribution Power Systems according to the norm IEEE C37.118.1

Resumen: Las Unidades de Medición Sincrofasorial (PMU) son ampliamente usadas en la supervisión en tiempo real de los sistemas eléctricos de potencia. En este trabajo se presenta el diseño e implementación de una PMU prototipo de bajo costo que permite estimar fasores, frecuencia, tasa de cambio de frecuencia y componentes simétricas con la etiqueta de tiempo correspondiente a cada valor estimado en una red trifásica de baja potencia utilizando el estándar IEEE C37.118.1. Cada uno de estos parámetros se sincronizan usando como referencia de tiempo las señales provenientes de un Sistema de Posicionamiento Global (GPS). El sistema utiliza como base una plataforma de desarrollo controlada por un Procesador Digital de Señales (DSP) y la estimación de los sincrofasores se realiza usando la Transformada Discreta de Fourier (DFT). Inicialmente se presenta un método de estimación fasorial, luego se describe el hardware y software implementado, después se presentan los resultados obtenidos de las mediciones efectuadas para verificar el correcto funcionamiento del equipo. Finalmente se efectúan pruebas convencionales para validar las mediciones que realiza la PMU para el uso clase P y pruebas que permiten verificar los parámetros de operación de acuerdo con la norma IEEE C37.118.1.

Abstract: Phasor Measurement Units (PMU) are widely used in the real-time monitoring of electrical power systems. This work presents the design and construction of a low-cost prototype of PMU. This system allows to estimate phasors, frequency, rate of change of frequency and symmetric components with the time label corresponding to each value estimated in a three-phase network of low power using the IEEE standard C37.118.1. All these parameters are synchronized using the signals from a Global Positioning System GPS asa time reference. The system uses as a base a development platform controlled by a Digital Signal Processor (DSP) and the estimation of the synchrophasors is done using the Discrete Fourier Transform (DFT). Initially, a phasor estimation method is presented, after the implemented hardware and software is described, then the results obtained from the measurements are presented in order to verify the correct functioning of the equipment. Finally, operation tests are performed to validate the prototype according to the IEEE C37.118.1 standard.

Data Mining for Patterns Recognition of Power Systems Static Security Assessment with Contingency Events

Resumen: El presente artículo busca analizar la seguridad estática del sistema, aplicando técnicas avanzadas de minería de datos que permitan evaluar los patrones de seguridad de un sistema eléctrico de potencia en un análisis de estado estacionario ante eventos de contingencia N-1. Los datos son obtenidos a través de flujos de potencia, para efectuar simulaciones de Monte Carlo con scripts desarrollados en Python. Usando el software de simulación DIgSILENT PowerFactory se analizan 10000 escenarios, lo que permite considerar la incertidumbre del sistema según la naturaleza probabilística del mismo. Se calculan los índices de seguridad estática del sistema para clasificar los tipos de contingencias como segura, críticamente segura, insegura y altamente insegura. La minería de datos es desarrollada mediante un algoritmo programado en lenguaje Python con el cual se realiza el diseño del clasificador tipo máquina de soporte vectorial multiclase (SVM Multiclass) el cual es entrenado para determinar si una contingencia es segura o insegura. Los parámetros del SVM fueron obtenidos mediante una optimización con un algoritmo de evolución diferencial (Differential Evolution). Los resultados de la validación del clasificador demostraron que la técnica es muy efectiva para clasificar nuevas contingencias. La metodología se aplica a un sistema de prueba IEEE de 39 barras.

Abstract: This paper analyzes the static security of the power system, applying advanced data mining techniques that allow the evaluation of safety patterns of a power electrical system in a steady state analysis with contingency events N-1. Data are obtained through power flows, to perform Monte Carlo simulations with scripts developed in Python. Using the DIgSILENT PowerFactory simulation software, 10,000 scenarios are analyzed, which allows us to consider the uncertainty of the system according to the probabilistic nature of the system. The static security indexes of the system are calculated to classify the types of contingencies as safe, critically safe, insecure and highly unsafe. Data mining is developed by means of an algorithm programmed in Python language with which the design of the multiclass support vector machine classifier (SVM Multiclass) is carried out. It is trained to determine if a contingency is safe or unsafe. The parameters of the SVM were obtained through an optimization with a differential evolution algorithm (Differential Evolution). The results of the validation of the classifier showed that the technique is very effective in classifying new contingencies. The methodology is applied to an IEEE test system of 39 buses.

Fault-Induced Delayed Voltage Recovery Mitigation by Load Shedding based on Dynamic Load Behavior

Resumen: La carga dinámica, especialmente los motores de inducción (MI), representa la fuerza motriz responsable del fenómeno de recuperación retardada de tensión inducida por falla (FIDVR) [1]. En este trabajo se propone una metodología para identificar los motores de inducción causantes del fenómeno FIDVR que oriente en la parametrización de un esquema de desconexión de carga (ubicación de carga a desconectar) con el fin de mitigar de una forma más efectiva este fenómeno. La metodología utiliza los valores de magnitud de tensión obtenidos con dispositivos PMU para detectar al fenómeno y la velocidad de rotación de los MI para identificar los motores causantes del FIDVR. Se aplica la metodología propuesta en el sistema de prueba New England de 39 barras en donde se compara el esquema de desconexión de carga basado en el comportamiento de los MI con un esquema convencional UVLS. Los resultados muestran que el esquema de desconexión de carga propuesto es más efectivo ya que desconecta menor cantidad de carga y a la vez logra cumplir criterios de recuperación de tensión transitoria post falla.

Abstract: The dynamic load, especially induction motors (IM), represents the driving force for fault-induced delayed voltage recovery (FIDVR) phenomenon [1]. This paper proposes a methodology to identify the induction motors responsible of FIDVR phenomenon in order to guide the load shedding schemeparameterization (load sheddinglocation) and mitigate this phenomenon in a more effective way. The methodology uses voltage magnitude values from PMU devices to detect the phenomenon and the IM rotation speed to identify the motors responsible for FIDVR. The proposed methodology is applied on the IEEE New England 39-bus test system, in which the load shedding scheme based on IMs behavior is compared with a conventional UVLS scheme. The results show that the load shedding scheme based on IMs behavior is more effective since it sheds less load amount and at the same time it achieves compliance with post-fault transient voltage recovery criterio.

Mitigation of secondary arc current in monopolar recloser operation in single and double Extra High Voltage lines with application in Ecuador -Perú Interconnection 500 kV

Resumen: En la ocurrencia de una falla monofásica en una línea de transmisión, se considera la existencia de dos corrientes: la primera la Corriente de Arco Primario fruto de la falla y la segunda, la Corriente de Arco Secundario que puede surgir de la apertura de la fase en falla por acción de protecciones automáticas. La mitigación de Corrientes de Arco Secundario (SAC), es una tarea de gran incidencia en la obtención de re-cierres monopolares exitosos en líneas de extra alto voltaje (EAV). Esta investigación explora las principales tecnologías y la metodología para mitigar la corriente de arco secundario. Luego, se seleccionan y estudian las soluciones tecnológicas ideales, basadas en las características del sistema ecuatoriano. Como parte de la investigación, se presenta la formulación matemática para caracterizar los acoplamientos capacitivos y su neutralización mediante compensación inductiva paralela y reactores (inductores) en el neutro de bancos de inductores trifásicos. Se establece una metodología adecuada para lograr el objetivo de mitigar o reducir la SAC en caso de una falla monofásica. Para evaluar los resultados y verificar los beneficios del procedimiento, se utiliza como ejemplo de aplicación la futura interconexión doble circuito Ecuador - Perú 500 kV.

Abstract: In the occurrence of a single-phase fault in a transmission line, the existence of two currents is considered: the first one the Primary Arc Current resulting from the failure and the second one, the Secondary Arc Current that may arise from the opening of the phase in failure by automatic protections action. Mitigation of Secondary Arc Current (SAC) is a taskof great incidence to obtaining a successful monopolar recloser operation in extra high voltage (EHV) lines. This research explores the main technologies and the methodology to mitigate the secondary arc current. After, the ideal technologic solutions, based on the Ecuadorian System characteristics, are selected and studied. As part of the research, the mathematical formulation to characterize the capacitive couplings and their neutralization through parallel inductive compensation and reactors (inductors) in the neutral of banks of three-phase reactors is presented. A suitable methodology is established to achieve the goal of mitigating or reducing SAC in the event of a single-phase failure. In order to evaluate the results and verify the benefits of the procedure, the future interconnection double circuit Ecuador - Peru 500 kV has been selected as application example.

Battery State of Charge Stochastic Model determination for Microgrids Probabilistic Power Flow computation

Resumen: Este documento propone una novedosa metodología para la estimación probabilística del modelo estocástico del estado de carga (SOC por su nombre en inglés “State of Charge”) de los sistemas de almacenamiento de energía mediante baterías (BESS por su nombre en inglés “Battery Energy Storage Systems”). La estimación apropiada del SOC es uno de los parámetros más importantes en la planificación de la expansión y operación de las microrredes. Para ello, se estructura una herramienta computacional que enlaza los programas de DIgSILENT PowerFactory y Python. Este aplicativo permite, de forma probabilística, evaluar la operación de la microrred considerando la disponibilidad del recurso primario intermitente de las fuentes de energía renovables y la variabilidad de la demanda eléctrica. Como resultado se determinan los modelos estocásticos del SOC del BESS para cada período de tiempo. La metodología propuesta se aplica a una microrred de prueba que se conecta a la “Barra 6” del sistema de prueba WSCC de tres máquinas y nueve barras, obteniéndose resultados prometedores.

Abstract: This document proposes a novel methodology for probabilistic estimation of the State of Charge (SOC) stochastic model of Battery Energy Storage Systems (BESS). Proper estimation of SOC is one of the most important parameters for microgrids expansion planning and operation analysis. For this aim, a script that links DIgSILENT PowerFactory and Python is structured. This computational tool allows a probabilistic assessment of the microgrid operation, considering the intermittent availability of the renewable energy primary resource and the electric demand variability. As a result, the stochastic models of SOC of BESS are determined for each period of time. This methodological proposal is applied to a microgrid test system connected to the “Bus 6” of the three machine - nine bus WSCC test power system, obtaining promising results.

Design and Implementation of a CloudIoT Platform for Intelligent Control of an Interior Lighting System with Supply in LVDC.

Resumen: En este artículo se describe el diseño e implementación de una plataforma CloudIoT de gestión y control inteligente de un sistema de iluminación interior con suministro eléctrico en LVDC, orientado a espacios interiores de la Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial, FISEI. El objetivo de la implementación del control inteligente del sistema de iluminación es maximizar el aprovechamiento de luz natural y realizar el apagado/encendido automatizado del sistema de iluminación al detectar la ausencia de ocupantes en el espacio interior, y por tanto, proporcionar una significativa reducción del consumo eléctrico en el sistema de iluminación de la FISEI. La reducción del consumo energético de los sistemas de iluminación en espacios interiores de la Universidad Técnica de Ambato permite disminuir significativamente el coste económico de la factura eléctrica en iluminación de la FISEI. Además, el uso de sistemas de iluminación con tecnología LED permiten garantizar el confort visual de los ocupantes según los parámetros de iluminación según la normativa de iluminación UNE-EN 12464-1.

Abstract: In this article we design and implement an intelligent control of LED lighting with the integration of natural lighting in a classroom of the Faculty of Systems, Electronics and Industrial Engineering. The study of the optimization of the energy consumption of luminaries in interior spaces in educational institutions is analyzed in this article. The need to reduce the energy consumption of lighting systems in interior spaces of the Technical University of Ambato is important to reduce the economic costs that are generated by its use. In addition, reduce environmental pollution using new forms of lighting based on LED technology and ensure the visual comfort of the occupants according to the lighting parameters established in the lighting standard UNE-EN 12464-1.

Design and Implementation of an Energy Management System Focused on the Control of Devices and Lights

Resumen: En la presente investigación se desarrolla un sistema de gestión de energía eléctrica para controlar aparatos y atenuar la iluminación en edificios inteligentes. Para el control de electrodomésticos se utilizaron equipos de medición denominados mPower. Para el control del sistema de iluminación se basará en una tarjeta de adquisición de datos RASPERRY PI que gestiona y reduce el consumo de energía. Con estos datos se modela un comportamiento del consumo de energía, pudiendo así minimizar la energía utilizando el algoritmo de Pareto para la optimización. Finalmente, el consumo de energía de luces y electrodomésticos se redujo a través del algoritmo diseñado.

Abstract: This document presents a research of electrical management systems for controlling appliances and attenuating lighting in smart buildings. For the control of household appliances were used measurement equipment called mPower. For the control of lighting system will be based on a RASPERRY PI data acquisition card which manage and reduce energy consumption. With these data a behavior of energy consumption is modeled, thus being able to minimize the energy using Pareto algorithm for the optimization. Finally, the consumption energy of lights and appliances has been reduced through the algorithm designed.

Prediction of Generation in a Photovoltaic System through the application of Data Mining techniques

Resumen: Este documento presenta un modelo de predicción de generación de energía mediante técnicas de minería de datos para la central fotovoltaica ubicada en la Comunidad Paragachi, perteneciente al cantón Pimampiro (Imbabura), con un total de 14400 paneles solares y potencia nominal de 3.6 MW. Este sistema no cuenta con banco de baterías para almacenamiento, debido a esto no aporta durante las noches, pero en el día abastece a más de 2000 familias, que representa toda la población urbana de Pimampiro. Se inicia con un análisis univariante y multivariante de las variables de medición, cuyo objetivo es determinar el comportamiento, incidencia y la relación de cada variable en la generación de energía de la central. Con las variables de mayor incidencia como entrada, se entrena una máquina de aprendizaje que usa la técnica de árboles de decisión mediante bosques aleatorios (Random Forest) para predecir la generación de energía. En energías renovables, el sistema fotovoltaico es uno de los más implementados y desarrollados en la actualidad. Sin embargo, predecir la cantidad de generación que puede proveer es complicado por el comportamiento estocástico de las variables, limitando el ingreso de esta tecnología a un mercado competitivo que se integre al Sistema Nacional Interconectado de forma óptima y eficiente.

Abstract: This document presents a generation prediction model through data mining techniques for a photovoltaic plant located at Paragachi Community, belonging to Pimampiro (Imbabura), with a total of 14400 solar panels and 3.6 MW nominal power. This system does not have a battery bank for storage, for this reason, it does not provide energy at night, but during the day, it supplies the energy to 2000 households that represent Pimampiro’s urban population. It begins with a univariate and multivariate analysis of the measurement variables, whose objective is to determine the behavior, incidence and the relationship of each variable in the generation of the photovoltaic system. With the variables of higher incidence as input, a learning machine is trained; it uses the technique of decision trees through random forest to predict the generation. In renewable energies, the photovoltaic system is one of the most implemented and developed nowadays. However, predicting the amount of power it can generate is complicated by the stochastic behavior of the variables, limiting the entry of this technology into a competitive market, which can integrate into the National Interconnected System in an optimal and efficient way.

Comparative Analysis between Mineral Oil and Vegetable Oil used as Dielectrics and Refrigerants for Power Transformers

Resumen: El objetivo de la presente investigación es evaluar las propiedades del aceite vegetal y aceite mineral utilizados como dieléctricos y refrigerantes en transformadores de potencia, equipos que son usados en la explotación de los campos petroleros, utilizando. En base a la norma ASTM D1524, se realizó una prueba visual con cinco muestras de cada uno de los aceites, obteniendo valores promedio de 1,15 y 0,6 para el aceite mineral y aceite vegetal, respectivamente. Los resultados obtenidos mostraron que el aceite vegetal mantiene sus propiedades durante un tiempo prolongado, lo que ayuda a la vida útil del equipo. Para la prueba de rigidez dieléctrica según la prueba ASTM D1816, para el aceite vegetal se realizan cinco mediciones obteniendo como valores promedio 32,9, 29,6, 31,1, 30,7, 32,6; mientras que para el aceite mineral los resultados promedio de las cinco mediciones fueron de 31,2, 28,5, 29,6, 28,9, 30. Así se demostró que el aceite vegetal es mejor al poseer mayor rigidez dieléctrica.

Abstract: The objective of this investigation is to evaluate the properties of vegetable oil and mineral oil used as dielectrics and refrigerants in power transformers, equipment that is used on the oil fields exploitation. Based on the ASTM D1524 standard, a visual test was carried out with five samples of each oil, obtaining average values of 1,15 and 0,6 for vegetable oil and mineral oil, respectively. The obtained results showed that vegetable oil keeps its properties for a long time, which extends the equipment's useful life. For the dielectric strength test, according to the ASTM D1816 test, five measurements were taken for the vegetable oil, obtaining as average values 32,9, 29,6, 31,1, 30,7, 32,6; meanwhile, for the mineral oil, the average results of the five measurements were 31,2, 28,5, 29,6, 28,9, 30. It demonstrated that the vegetable oil is better due to it has higher dielectric strength.

Thermal and Mechanical Characterization of Oak Wood

Resumen: En esta investigación tiene por objeto mejorar las condiciones de habitabilidad y consumo de energía en edificaciones. Promoviendo nuevos reglamentos y políticas que impulsen la construcción garantizando confort térmico y el diseño mecánico en el sector de la construcción. Para ello, se evaluaron los ensayos térmicos y mecánicos del roble, de la región Costa (Manabí y El Oro) y Sierra (Loja) de Ecuador. En este estudio se realizó la caracterización térmica mediante conductividad térmica, contenido de humedad y caracterización mecánica, mediante ensayos de resistencia a la tracción, a la flexión, a la compresión paralela y perpendicular a la fibra de la madera, aplicando normas Internacionales y Nacionales. Los resultados del ensayo térmico de las probetas de la madera dura roble muestran que en el 88.9 % probetas la conductividad térmica se encuentra en el rango de 0,16 y 0,19 (W/m K). Estos valores se corresponden con la norma ASTM-C177.

Abstract: The purpose of this research is to improve building living conditions and energy consumption, promoting new regulations and policies that promote construction, guaranteeing thermal comfort and mechanical design in buildings. For this, the thermal and mechanical tests of the oak, from the Costa region (Manabí and El Oro) and Sierra (Loja), from Ecuador, were evaluated. In this study, characterization was carried out using thermal conductivity, moisture content tests, and tensile, flexural, parallel and perpendicular compression tests, applying International and National standards. The results of the thermal test of the samples of the oak hardwood show that in 88.9 % of specimens the thermal conductivity has to be between the range of 0.16 and 0,19 (W/m K). These values correspond to the ASTM-C177 standard.

Electromobility and Energy Efficiency in the Public Transport of Passengers on Continental Ecuador

Resumen: El objetivo de este trabajo consiste en establecer cómo incide la Ley de Eficiencia Energética en el Ecuador en el marco del sistema de transporte público de pasajeros para el Ecuador continental. Además de establecer bajo diferentes escenarios hipotéticos proyecciones energéticas en términos comparativos entre autobuses que usan combustibles fósiles particularmente diésel y electromovilidad a través de autobuses eléctricos. La metodología ha sido realizada en atención de establecer para un determinado año base la cantidad de autobuses del sistema de transporte público de pasajeros, su consumo y rendimiento en términos energéticos. Posterior de ello, se utilizó la relación de rendimiento para autobuses eléctricos con fines de analizar la incidencia del cambio tecnológico hacia electromovilidad para conocer cómo se verá afectada la demanda energética de electricidad y como ésta varía en el tiempo hasta el año 2025. Los resultados muestran que en términos de energéticos la migración masiva de autobuses hacia electromovilidad no ocasiona inconvenientes en la oferta y demanda de la electricidad en el Ecuador continental en el transcurso de los años del período de análisis.

Abstract: The aim of this paper is to establish how Energy Efficiency Law influences the framework of Ecuador’s public passenger transport system. In addition to establishing hypothetical scenarios under different energy projections in comparative terms between buses that use fossil fuels, particularly diesel, and electromobility through electric buses. The methodology has been carried out in order to establish for a given base year the number of buses in the public transport system for passengers, their consumption and performance in terms of energy. After this, the performance ratio for electric buses was used to analyze the incidence of technological change towards electromobility to know how the energy demand of electricity will be affected and how it varies in time until the year 2025. The results show that in terms of energy, the massive migration of buses towards electromobility does not cause problems in the supply and demand of electricity in continental Ecuador during the years of the analysis period.

Optimal Deployment of Wireless Networks for Smart Metering

Resumen: Este artículo presenta la implementación óptima de la red inalámbrica tomando en cuenta el uso del espectro electromagnético, la capa de enlace de datos, la capa física y el consumo de energía utilizado para transmitir información en sistemas de medición inteligentes. Para el análisis, se ha definido una superficie en la que se han implementado medidores inteligentes de forma aleatoria para garantizar que todos los dispositivos realicen un enrutamiento óptimo, llegando a la puerta de enlace a través de la creación de una red de sensores inalámbricos. Se analizaron diferentes tecnologías de comunicación inalámbrica para calcular el tamaño de la información y rellenar los campos de la capa de enlace de datos para determinar el tamaño real que transporta la capa física. Esta información se utiliza para optimizar el tiempo de uso del canal, las distancias, el consumo de energía y los requisitos de ancho de banda de cada tecnología.

Abstract: This article presents an optimal deployment of wireless network taking into account the use of spectrum electromagnetic, data link layer, physical layer and the energy consumption used to transmit information in energy management system. For the analysis a surface has been defined in which smart meters have been deployed randomly in order to ensure that all the devices perform an optimal routing, reaching the gateway through the creation of a wireless sensor network. Different technologies of wireless communication were analyzed in order to calculate the size of the information and fill fields of the data link layer to determine the real size that transport the physical layer. This information is using to optimize the time of use of channel, distances, energy consumption and requirements of bandwidth by each technology.