Revista Avances 3 Edicion

7/21/2019 Revista Avances 3 Edicion

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4 Revista Avances en Ingeniera Elctrica |Universidad Nacional de Colombia | Revista Avances en Ingeniera Elctrica |Universidad Nacional de Colombia Sede Medelln

a Revista Avances en Ingeniera Elctrica es una publicacin de divulgacinenfocada a resaltar los avances tcnicos y tecnolgicos que se desarrollanen el sector mediante la publicacin de artculos realizados por personal

perteneciente al Departamento de Energa Elctrica y Automtica de laUniversidad Nacional de Colombia sede Medelln y de los empresarios queapoyan la publicacin.

La revista ha sido desarrollada durante 3 aos por la casa editorial Universidade Industria que en conjunto con la Institucin tienen el placer de presentarle latercera edicin de la publicacin.

En esta ocasin, usted encontrar artculos relacionados con:

Oportunidades industriales en fuentes alternativas de energa.

Supervisin de redes elctricas con PMU.

Retos en el modelado y ajuste de los sistemas de control.

Laboratorio de fuentes de energa renovable.

Identificacin de la radiacin acstica en campo cercano de uncompresor reciprocante utilizado en refrigeracin.

Aproximacin al modelado semifsico de base fenomenolgica de laradiacin acstica producida por un comp resor reciprocante ubicadoen un espacio semicerrado, entre otros.

Agradecemos a todas y cada una de las personas que hacen posible lapublicacin de esta edicin, resaltando que la Universidad Nacional de Colombiasede Medelln y el programa de Ingeniera Elctrica con Maestra en IngenieraElctrica se consolidan para fortalecer la relacin empresa - institucin a travsde publicaciones que permitan tener un acercamiento mutuo.

Cordialmente;

Luisa Fernanda Crdoba Quintero

EDITORIAL


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Abstract En este artculo se presenta una revisin delas fuentes alternativas de energa elctrica que estn

teniendo un mayor impacto en nuestra sociedad. Poste -riormente, el artculo presenta las oportunidades indus-triales potenciales en Colombia en fuentes alternativas deenerga que pueden ser soportadas por la experiencia, elrecurso humano y los equipos del Departamento de Ener-ga Elctrica y Automtica de la Universidad Nacional deColombia, Sede Medelln. El artculo destaca las oportuni-dades en pilas de combustible, sistemas de generacin fo-tovoltaicos y sistemas de generacin elicos. Con el nimode brindar un soporte a las oportunidades propuestas eneste trabajo, los autores referencian algunos de sus ar tcu-los publicados en el rea y otros en desarrollo.

Index Terms Oportunidades industriales, fuentesalternativas de energa, sistemas fotovoltaicos, siste-ma elicos, pilas de combustible.

I. INTRODUCCIN

Las fuentes alternativas de energa se han convertido enuna opcin viable para suplir parte de la creciente deman-da energtica de nuestra sociedad. En par ticular, los siste-mas alternativos de energa han incursionado en tres tiposde aplicaciones: sistemas mviles, sistemas aislados y sis-temas interconectados a la red elctrica.

El uso de fuentes alternativas de energa en sistemas m-viles abre la posibilidad de reducir el uso de combustiblesfsiles, lo que mitigar la emisin de gases invernadero yotros contaminantes a la atmsfera. Asimismo, el desarrollode fuentes alternativas de energa disminuir la dependen-cia del petrleo, el cual es un recurso no renovable, as comopotencialmente escaso y costoso. Un escenario similar ocu-rre en las aplicaciones aisladas, caracterizadas por el consu-mo de combustible fsil para generacin de energa elctricaen regiones no interconectadas. En estas aplicaciones, lasfuentes renovables de energa han permitido reducir la de-

pendencia de las cadenas de suministro de combustible, ascomo la polucin causada por la combustin de hidrocarbu-ros. Finalmente, las fuentes alternativas de energa tambin

han incursionado en los sistemas interconectados a la redelctrica. En estas aplicaciones, la energa elctrica se in-

yecta a la red con el objetivo de generar dividendos econ-micos, donde el tiempo de retorno de la inversin est entrelos 4 y 7 aos. Adicionalmente, en entornos urbanos, lasfuentes alternativas de energa son particularmente atrac-tivas: en primer lugar, es posible rentabilizar espacios pocoutilizados, tales como techos de edificaciones residencia-les, parqueaderos, etc. En segundo lugar, las fuentes alter-nativas de energa pueden suplir parte de las cargas de uncircuito cerrado, tales como edificios (e.g. Green-buildings),reduciendo el consumo efectivo de la red elctrica por partedel circuito cerrado. Esta condicin especialmente impor-tante cuando el consumo del circuito se incrementa, porejemplo por adicin de cargas (e.g. aires acondicionados,motores, etc.), ya que la generacin adicional que proveenlas fuentes alternas de energa pueden suplir ese incre-mento de carga, evitando el cambio de la estructura deconexin con la red. Un ejemplo de este tipo de aplicacinse desarroll en la Universidad de Salerno, Italia, dondeel incremento de equipos de laboratorio llev a su circuito

elctrico a un punto de inflexin: para evitar el cambio de lasubestacin de la universidad, lo que generara un altsimocosto econmico, se opt por instalar generadores fotovol-taicos de 1.1 MW (Fig. 1) para suplir el incremento requeri-do, los cuales adems retornarn su inversin inicial.

Las fuentes alternativas ms desarrolladas hasta el mo-mento son: pilas de combustible (hidrgeno), paneles fo-tovoltaicos (sol) y aerogeneradores (viento). Las pilas decombustible (FC) disocian molculas con tomos de hidr-geno, los cuales asocian con tomos de oxgeno, gene -rando electricidad y calor, entre otros. Los reactivos msusados en las FC son el hidrgeno almacenado y el oxge -no tomado del aire, cuya reaccin electro-qumica generaelectricidad, calor y agua potable. Entre sus ventajas seencuentran la ausencia de polucin y la predictibilidad dela energa almacenada en el combustible, lo que hace lasFC ideales para aplicaciones mviles tales como autom-viles o electrnica de consumo. Asimismo, las FC han in-

cursionado en aplicaciones de pico-generacin residencial,donde el suministro de hidrgeno y las perturbaciones decarga son los principales retos a solucionar.

Los sistemas fotovoltaicos (PV), por otra parte, son princi-palmente usados en aplicaciones residenciales y de inyec-cin a la red, ya que es imposible predecir con precisinlos perfiles de potencia disponibles. El uso de esta fuenterenovable de energa, en aplicaciones mviles, se restrin-ge a servicios no crticos, tales como ventilacin y cargasecundaria de la batera. Como sistema principal de ge-neracin se usan pilas de combustible. Los sistemas PVrequieren de reas extensas debido a la eficiencia de lospaneles PV comerciales (aproximadamente 12% - 14%), ysu potencia mxima es altamente sensible al sombreadoparcial de su superficie. Los principales retos a afrontar enesta tecnologa conciernen la optimizacin de su punto detrabajo frente a perturbaciones ambientales y de carga, ascomo la minimizacin del efecto de las sombras y la tole-rancia de los paneles PV.

De forma similar, los aerogeneradores son principalmenteusados en aplicaciones estacionarias tales como residen-ciales aisladas y con conexin a la red. Estos dispositivosse encuentran en un amplio rango de potencia. Los aeroge-neradores de gran potencia son usados en grandes gran-jas elicas conectadas directamente a la red, las cualesrequieren de grandes extensiones de campo abier to, y pre-sentan riesgos debido al tamao y peso de los generado-res. En contraste, los sistemas elicos de baja potencia sonutilizados en sectores urbanos o en instalaciones aisladasde los sistemas elctricos. Su diseo se basa en genera -dores sincrnicos de imanes permanentes y disponen deun convertidor de potencia para entregar energa en dc.Uno de los principales retos concierne la ubicacin de losaerogeneradores, ya que los ambientes urbanos modificansignificativamente los perfiles de viento. Ejemplos de estacondicin son los tneles de viento creados entre edificios,o las corrientes de viento generadas en grandes autopis-tas, cuya energa es aprovechable. Otros retos a afrontar enesta tecnologa consisten en la optimizacin de su punto detrabajo frente a perturbaciones ambientales y de carga, ascomo la cogeneracin en pequeas micro-redes elctricas.

Este artculo describe los principales problemas que sedeben resolver para el uso industrial de estas fuentes al-ternativas de energa. Asimismo, se presentan solucionespropuestas desde el Departamento de Energa Elctrica y

Automtica (DEEA) de la Universidad Nacibia - Sede Medelln, identificando oportunites industriales y nuevos productos comerc

II. OPORTUNIDADES INDUSTRIAEN PILAS DE COMBUSTIBLE

Las FC son una alternativa ecolgica y eficneracin en sistemas mviles, as como etacionarios donde el suministro de combusprincipalmente, es viable. Las FC son distroqumicos que transforman energa qumelctrica sin necesidad de combustin, comgeneradores basados en combustin internarstica hace de las FC dispositivos muy efic

sos y carentes de vibracin.

Existen mltiples tipos de FC, diferenciadaspor la naturaleza del electrolito y la membradisociar los portadores elctricos. Pero desvista prctico, la principal diferencia entre les la temperatura de operacin. Las FC de itnico (PEM) son las ms usadas a nivel inoperan con hidrgeno, sin generar residuosy operan a baja temperatura, menor de 80 Cotros tipos de pilas de combustible, como do solido (SOFC), operan a altas temperaa 500 C, requiriendo tiempos extensos decontraste con las FC tipo PEM. La Fig. 2 pretipo Nexa de investigacin desarrollado por sa que desarrolla las FC para la mayora dede automviles de hidrgeno.

A. Capacitacin de personal, emuladoresy sensores virtuales

Uno de los primeros retos generados por de la FC en sistemas mviles, tales como barcaciones de gran calado, concierne la cpersonal de puertos para diagnosticar, espplazar o reparar estos dispositivos. Esta cocia una oportunidad: se requieren cursos dediversos niveles de profundidad para ingenieoperarios. El DEEA ha desarrollado modelo

Carlos Andrs Ramos-Paja , Andrs Julin Saavedra-Montes , Eliana Isabel Arango Zuluaga

Carlos Andrs Ramos-Paja Ph.D.es profesor de la Universidad Nacional de Colombia,adscrito a la Facultad de Minas de la Sede Medelln, yes miembro del Grupo de Investigacin Gaunal (Categora A).Telfono: (57 4) 425 5345, E-mail: [email protected] Andrs Julin Saavedra-Montes Ph.D.es profesor de la Universidad Nacional de Colombia, adscrito a la Facultad de Minas de la Sede Mede-lln,y es lder del Grupo de Investigacin Gaunal (Categora A).Telfono: (57 4) 425 5297, E-mail: [email protected] Eliana Isabel Arango Zuluaga Ph.D.es profesora de la Universidad Nacional de Colombia,adscrita a la Facultad de Minas de la Sede Medelln,y es miembro del Grupo de Investigacin Gaunal (Categora A).Telfono: (57 4) 425 5344,E-mail: [email protected]

Fig. 1. Instalaciones fotovoltaicas en techos (8 kW cada techo:36 paneles de 220 W) y en campo abierto (9.2 kW cada es-tructura: 12 paneles de 760 W).

Fig. 2. Prototipo comercial para investigacin bustible: Nexa FC tipo PEM de 1.2 kW de Ball


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de FC con diferentes grados de complejidad, orientados ailustrar diferentes fenmenos: en [1] se presenta un mode-lo que describe el comportamiento del voltaje de la FC enfuncin de la corriente de carga y del flujo de hidrgeno,el cual es ideal para procesos de diagnstico por parte deoperarios. En [2] se presenta un modelo ms detallado delas FC, el cual tiene en cuenta la relacin entre combustibleinyectado al sistema y el flujo de hidrgeno requerido parasuplir la carga. Esta relacin, llamada exceso de oxgenoO2, es vital para verificar el correcto funcionamiento de laFC, ya que condiciones O2< 1 generan la destruccin de lapila de combustible. Asimismo, en [3] se presenta un modelode FC orientado al control de estos dispositivos, y est dise-ado para realizar anlisis y diseos de sistemas de gene-racin. Los desarrollos presentados en [2, 3] permiten capa-

citar ingenieros destinados a evaluar, especificar y disearsistemas de generacin basados en pilas de combustible.

Desde un punto de vista operacional, la falta de preparacindel personal de manteniendo en puertos tambin hace evi-dente la necesidad de sistemas prcticos de entrenamiento.Estos dispositivos son ampliamente usados para entrenaroperarios de controladores industriales (PLC), sistemasSCADA, y sistemas de planeacin del sector elctrico. ElDEEA ha desarrollado avances en sistemas de emulacinde pilas de combustible, orientados al entrenamiento de per-sonal: en [4] se estudian diferentes tcnicas para emular unaFC, haciendo uso del modelo propuesto en [1]. Asimismo, eldesarrollo presentado en [4] describe las principales consi-deraciones prcticas para la construccin de un emuladorde FC, el cual es un producto comercial viable. De formasimilar, en [5] se describe el diseo e implementacin de unemulador de FC de baja potencia, el cual puede comerciali-zarse como un entrenador de bajo costo. Por otra parte, en

[6] se presenta un emulador de alta potencia, el cual repre-senta fielmente pilas de combustible comerciales, e.g. Nexade Ballard, siendo un candidato a producto comercial, orien-tado al entrenamiento especializado de personal.

La construccin de un entrenador de pilas de combustiblerequiere elementos de bajo costo: un sistema de procesa-miento digital para calcular la respuesta del modelo ma-temtico, una etapa de potencia y un arreglo de sensorestensin/corriente. La Fig. 3 presenta la estructura del emu-lador propuesto en [4], donde un microcontrolador de bajo

costo puede procesar modelos con diferente complejidad.Asimismo, el microcontrolador procesa el sistema de con-trol de la etapa de potencia, y ejecuta la adquisicin de lasseales. La etapa de potencia puede implementarse concircuitos lineales como amplificadores operacionales depotencia, reguladores lineales, etc, o a travs de converti-dores conmutados, los cuales son ms eficientes. Esta es-tructura hace econmicamente viable la comercializacinde entrenadores o emuladores de pilas de combustible.

Por otra parte, los desarrollos anteriormente citados pue-den usarse para disear sensores virtuales de variablesdifciles de medir en la pila de combustible. En particular,el exceso de oxgeno es una variable imposible de medirdirectamente, pero impacta significativamente la operacin

de la FC. Como se mencion anteriormente,

O2< 1 generael fenmeno de agotamiento de oxgeno, el cual destruyela FC. Por tanto, los modelos presentados en [2, 3], jun-to con las estructuras de emulacin presentadas en [4, 6],pueden combinarse para generar sistemas de estimacinde O2, operando como sensores vir tuales. Esta aplicacines ampliamente usada en sistemas de proteccin de ga-ses, as como en la industria qumica. Por tanto, se evi-dencia la oportunidad de generar un producto comercial denecesidad internacional.

B. Diseo de sistemas de generacin

El diseo de sistemas de generacin de potencia elctri-ca, basados en pilas de combustible, presenta retos talescomo: la seleccin de la estructura de conexin, el dise -o de los sistemas de control, la optimizacin del punto deoperacin para minimizar el consumo de combustible y laproteccin de la FC ante armnicos de corriente.

La conexin entre la FC y la carga requiere un sistema au-xiliar de almacenamiento (ASD) para suplir los transitoriosde energa, tal como se presenta en la Figura 4 (a). Perola seleccin de topologas de conexin entre la FC, el ASDy la carga, se realiza generalmente sin tener en cuenta eleficiencia elctrica del sistema [7]. El DEEA ha desarrolladoun estudio sobre las condiciones de eficiencia de las estruc-turas de conexin ms comunes, topologa serie y topologaparalelo, descritas en la Figura 4 (b). Los anlisis presenta-dos en [7] describen las condiciones que debe cumplir una

aplicacin para hacer ms eficiente el uso de una de las dostopologas. Esta condicin provee una ventaja comercial anivel de eficiencia elctrica, y por tanto un ahorro en el con-sumo de combustible, a los productos desarrollados usandoestas directivas.

Asimismo, el diseo de las estrategias de control para siste-mas basados en FC se discute en [8, 9]. En esos trabajos,el DEEA propone metodologas para el diseo de sistemasde control lineales y no-lineales para la FC, los convertidoresdc/dc que interactan con la FC, el ASD y la carga. En parti-cular, se presentan estrategias de linealizacin de los mode-los de la FC para desarrollar controladores PI y PID simplesde implementar, los cuales regulan el exceso de oxgeno.

Por otra parte, los convertidores dc/dc se regulan usandoestrategias lineales, como controladores en cascada de co-rriente y voltaje, o con estrategias no-lineales como modosdeslizantes. En [9] se describen las condiciones requeridaspara la operacin segura de un sistema de generacin ba-sado en FC, as como las consideraciones de diseo paralos sistemas de control. En particular, la regulacin del ex -ceso de oxgeno es un tpico importante, ya que permiteasegurar la vida de la FC.

De forma similar, en [8, 10] el DEEA propogias para minimizar el consumo de combuprimero, en [8], se describe un procedimiterizacin de la FC para detectar los puntoperacin dependiendo de la corriente de c5 presenta el perfil ptimo de operacin parca Nexa de 1.2 kW, el cual est descrito eexceso de oxgeno. En [8] se demostr qumiento ahorra hasta un 6% de combustiblal sistema de regulacin diseado por el fapuede generar una ventaja competitiva a prrollados usando el procedimiento propuest

Igualmente, en [10] se propone una optimiusando tcnicas de Perturbar y Observar (permiten seguir el punto ptimo incluso ede envejecimiento del dispositivo. La princesta solucin radica en que no requiere ucin previa de la FC, pero genera una oscildel punto ptimo debido al procedimiento iturbar y observar. Por tanto, es posible gealtamente precisos para minimizar el conbustible, requiriendo una re-calibracin pepuede estar incluida en el proceso de masistema elctrico. Por otra parte, es posiblemas que no requieran re-calibracin, pero mo ligeramente mayor. Estas opciones pesoluciones y servicios con diferentes nivelacuerdo a la aplicacin.

El DEEA tambin tiene experiencia en el dmentacin de prototipos funcionales para energa a partir de hidrgeno usando FCparticular, se han desarrollado dos prototippotencia, publicado en [11] y presentado euno de baja potencia, publicado en [12]. El potencia usa cuatro convertidores dc/dc pFC, e implementa un ASD usando un banco citores de 2.2 F. Este sistema genera 1.2 kWsitorios de carga del 100%. El sistema sup

(a) Conexin serie

(b) Conexiones serie y paralelo

Fig. 4. Tipos de conexin para sistemas de generacin ba-sados en FC(International Journal of Electrical Power & Energy Systems ).

Fig. 3. Protot ipo de emulador de pila de combus tible (IET Power Electroni cs ).

Fig.5. Puntos ptimos de operacin en una Nex(IEEE Transactions on Industrial Electronics )


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una carga o se interconecta a la red elctrica. De forma si-milar, el prototipo de baja potencia fue diseado para supliruna linterna basada en LEDs, presentando un desempe-o satisfactorio en la relacin Lumen/tiempo/consumo dehidrgeno. Estos desarrollos evidencian la experiencia delDEEA en el desarrollo de sistemas de generacin basadosen pilas de combustible. Esta experiencia se puede capita -lizar como productos comerciales o servicios de soporte einstruccin, bajo cooperacin industrial.

III. OPORTUNIDADES INDUSTRIALESEN SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

Los sistemas PV son una alternativa viable para reducir eluso de generadores asilados basados en hidrocarburos. Suprincipal ventaja sobre las pilas de combustible consiste enla ausencia de combustible, ya que la energa solar dispo-nible en el sitio se usa para generar electricidad. Esta ven-taja lleva consigo la imposibilidad de predecir el servicio, loque hace difcil planear la distribucin de energa elctrica.

A pesar de esta limitacin, los sistemas PV pueden ser al -tamente rentables debido a su larga vida til, lo que permiterecuperar la inversin en un tiempo definido por el costo dela energa elctrica en el sitio de instalacin. A partir de esemomento, la energa adicional generada se convierte enbeneficio de la inversin. As, los sistemas PV como mode-lo de negocio han demostrado ser viables en pases comoAlemania y Espaa, y se espera que en un futuro cercanoLatinoamrica haga uso de ese recurso.

A. Capacitacin de personal

De forma similar a las aplicaciones basadas en FC, las apli-caciones comerciales de sistemas fotovoltaicos requierende personal entrenado para instalacin y mantenimiento. ElDEEA ha incursionado en este tpico en tres niveles: mo-delado detallado del generador fotovoltaico, modelado delsistema fotovoltaico para estimacin de energa potencial,y modelado dinmico del sistema completo con propsitosde control.

El modelado detallado del generador PV, publicado en [13],es ideal para capacitar personal especializado en el mante-nimiento y evaluacin de sistemas PV. Capacitaciones alre-dedor de este modelo permitirn a los ingenieros conocer

los requerimientos de los sistemas PV, con el objetivo deincursionar en el diseo de los mismos.

Por otra parte, el DEEA desarroll un modelado orientadoa la estimacin de energa potencial en una regin, publi-cado en [14]. Este modelo permite estimar la energa queproducir una instalacin PV en un determinado tiempo,incluyendo los efectos de sombreado generados por obst-culos y nubosidades. Este desarrollo permite entrenar inge-nieros de planeacin y desarrollo de plantas fotovoltaicas.Este modelo puede usarse para desarrollar un software deevaluacin de viabilidad econmica de instalaciones PV,ofreciendo mayor precisin en la estimacin en compara-cin con soluciones basadas en modelos tradicionales.

El DEEA, debido a su extensa experiencia en electrnica depotencia, tambin ha desarrollado modelos del sistema PVcon conexin a la red. En [15, 16] se describen los sistemasPV basados en convertidores elevadores, detallados en laFigura 7, los cuales se componen de un convertidor dc/dc,un convertidor dc/ac, un elemento de almacenamiento ysistemas de control. En [17] se analizan los sistemas PVbasados en convertidores reductores y elevadores/reduc-tores. Los sistemas elevadores son tpicamente usados encampos fotovoltaicos de media y alta potencia, ya que lospaneles PV se deben conectar en paralelo para evitar laaparicin de mltiples mximos en la curva de potencia.Los sistemas reductores son comnmente usados en car-gadores de bateras, y los sistemas elevadores/reductoresse usan ampliamente en sistemas distribuidos de optimiza-cin de potencia, donde la carga puede requerir niveles detensin iguales a los generados por los paneles PV.

Estos desarrollos son herramientas tiles para instruir inge-nieros y operarios en los procesos de diseo, instalacin ymantenimiento de sistemas fotovoltaicos.

B. Diseo de sistemas de generacin

En una cadena de conversin PV, ver Figura 7, el primercomponente que se debe disear es el convertidor dc/dc.El DEEA tambin ha desarrollado mltiples modificacionesal convertidor Boost para ajustarlo a las principales nece -sidades de sistemas fotovoltaicos, las cuales son: reducirel rizado de voltaje impuesto al panel PV, incrementar la

eficiencia elctrica, incrementar la modularidad del segui-miento del punto de mxima potencia, y reducir el costo de

implementacin.

El convertidor propuesto en [18, 19] permite elevar el volta-je generado por el campo PV a los niveles requeridos porel convertidor dc/ac o la carga, incrementando la eficienciaelctrica y reduciendo el rizado de corriente inyectado a lacarga. La Figura 8 presenta el montaje del convertidor, elcual consiste en dos estructuras tipo Boost en paralelo y unaen serie, permitiendo cancelar los armnicos de corriente yeliminar el condensador que tpicamente se ubica a la sali-da del panel PV. Esta solucin es controlada por un sistemadigital para facilitar su comercializacin. De forma similar, elconvertidor propuesto en [20] provee un factor de elevacinde voltaje mayor al clsico Boost, siendo ideal para sistemasPV de baja potencia con conexin a la red, donde el campoPV provee baja tensin y la etapa dc/ac requiere alta tensinde entrada. Los dos convertidores desarrollados tienen unproceso de diseo claramente especificado, siendo opcio-

nes ideales para aplicaciones comerciales.Otra topologa de conversin dc/dc se diseo en [21-23]para reducir el nmero de componentes requerido ensistemas PV distribuidos. En particular, este convertidorfue diseado para aplicaciones automovilsticas, como lapresentada en la Figura 9, donde paneles PV se ubicana diferentes ngulos, generando el efecto mismatching.Para reducir su impacto, se distribuye el seguimiento delpunto de mxima potencia a nivel modular, requiriendo el

mismo nmero de convertidores y panelespropuesto por el DEEA hace posible esta dun solo convertidor, el cual requiere menosen comparacin con la solucin tradicional

Otro componente esencial de las aplicaciontema de control, el cual se divide en dos pade compensacin de perturbaciones y el smizacin de potencia. El DEEA se ha especdos sistemas. El sistema de compensacin nes es dedicado principalmente a atenuar lgeneradas por los convertidores dc/ac en eEn [24] se propone una estrategia de comlineal que mitiga las oscilaciones en el encual no depende de los parmetros del circes ideal para aplicaciones industriales. En [2una metodologa para disear, de forma autroladores lineales para sistemas PV.

Este trabajo permite a operarios no especia

nicas de control disear los reguladores padustriales. Estos desarrollos permitirn la ide dispositivos industriales con un tiempo dmercado menor en comparacin a los sisteles, ya que los sistemas de control son rpiy aseguran la estabilidad del dispositivo.

El sistema de optimizacin de potencia ha desde el DEEA, generando dos solucionessada en un algoritmo multivariable [26], perm

Fig.6. Sistema de gene racin basado en una Nexa FC de 1.2 kW

Fig.7. Sistema de generacin fotovoltaico con conexin a la red (Energies )

Fig. 8. Convertid or elevador con bajo rizado de corriente yalta eficiencia(Electric Power Systems Research )

Fig. 9. Aplicacin fotovoltaica en aplicaciones(EPE-PEMC 2012 )


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operacin de mltiples paneles PV al mismo tiempo usan-do un solo dispositivo de procesamiento, lo que reducesensiblemente los costos de fabricacin. Por otra parte, en[27, 28] se propuso una tcnica, basada en modos desli-zantes, para maximizar la extraccin de energa del cam-po fotovoltaico. Su principal ventaja consiste en su eficien-cia elctrica, ya que desacopla efectivamente el enlace deDC y el panel PV en todo el rango de operacin. Su princi-pio de operacin consiste en regular la corriente del capa-citor asociado al panel PV para rechazar rpidamente lasperturbaciones ambientales y de carga. Esta tcnica esten proceso de patente [29] y se ilustra en la Figura 10. Es-tos desarrollos evidencian la experiencia del DEEA en eldesarrollo de sistemas fotovoltaicos. Esta experiencia sepuede capitalizar como productos comerciales o serviciosde soporte e instruccin, bajo cooperacin industrial.

IV. OPORTUNIDADES INDUSTRIALESEN SISTEMAS ELICOS

Aunque los vientos en las zonas urbanas generalmentesuelen tener comportamientos turbulentos debidos a lastopologas de los edificios y otros obstculos, son un recur-so energtico disponible que puede ser aprovechado paraaplicaciones como la carga de bateras, reduciendo la car-ga elctrica de los sistemas de distribucin.

Las cadenas de conversin de energa elica utilizadas enzonas urbanas estn compuestas por una turbina elica,un generador sincrnico de imanes permanentes, un recti-ficador, un convertidor dc/dc y sus controladores, ver Figura11. Estas aplicaciones suelen ser de potencias menores a1.5 kW.

Actualmente, el DEEA est incursionando en el estudio ydesarrollo de sistemas elicos urbanos. En una primeraaproximacin a esta tecnologa, se identificaron las estruc -turas de las cadenas de generacin elica que utilizan pe-queos aerogeneradores y el tipo de modelos con que sonrepresentados los elementos de la cadena. Adicionalmentese identificaron algunos de los problemas abiertos en estarea de conocimiento. Todo este trabajo est recopilado

en el artculo A method for a systematic literature reviewapplied to micro wind generation, el cual est sometido a

la revista International Review of Electrical Engineering.

Recientemente el DEEA ha evaluado la densidad de po-tencia en siete lugares del Valle de Aburra, los cuales estnubicados en la zona urbana, y en un lugar rural ubicado enSanta Elena, ver Figura 12.

Para evaluar las densidades de potencia de los diferenteslugares se cont con datos de velocidad de viento registra-dos en seis locaciones del Valle por el Laboratorio de Cali-dad del Aire de la Universidad Nacional (CALAIRE). Otrosdos lugares fueron evaluados con datos registrados por laestacin meteorolgica PCE-FWS 20, ver Figura 13.

A. Evaluacin del recurso elico en zonas especficas

Dada la reciente experiencia que ha logrado el DEEAen la evaluacin del recurso elico en lugares urbanos y

rurales, actualmente se oferta este servicio para las em-presas, instituciones o personas interesadas en instalar

pequeos aerogeneradores. En la Figura 14 se presen-ta la comparacin de algunas funciones de densidad deprobabilidad (PDF) con el histograma de velocidades deviento registradas en los sitios Ditaires (DI) y el InstitutoTecnolgico Metropolitano (ITM).

Antes de instalar un sistema de conversin elico es im-portante conocer la disponibilidad del recurso para poste-riormente evaluar la viabilidad econmica de la instalacin.Los resultados de esta experiencia han sido sintetizados enel artculo Assessment of urban winds in the Aburr Valley,Colombia,el cual se encuentra sometido a la revista Jour-nal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics.

B. Determinacin y verificacin de las ccaractersticas de pequeos aerogenera

El otro campo que ha desarrollado el DEconstruir las curvas caractersticas de aesincrnicos de imanes permanentes (Hasdeterminar los puntos ptimos de potencia perimentos. Este conocimiento se ofrece copara usuarios tales como: Empresas importtaladoras de aerogeneradores y para clienen instalar este tipo de equipos y que reqsu capacidad. En la Figura 15 se presentacurvas caractersticas potencia-corriente rimentalmente en el laboratorio del DEEAcontinua muestra los puntos de mxima po

dad constante. En [30, 31] se propone una optimizar los puntos de operacin de aero-guna micro-red, usando exclusivamente un procesamiento, lo que reduce el costo decomparacin con sistemas tradicionales.

C. Capacitacin de personal

El conocimiento obtenido durante los proyeen generacin elica le ha permitido al DElas bases requeridas para capacitar personco. El DEEA est en capacidad de desarrolgeneracin basados en aerogeneradores, pla especificacin del sistema hasta su consveer servicios de soporte e instruccin, baindustrial.

V. CONCLUSIONES

Se presentaron oportunidades industriales

Colombia en fuentes alternativas de enerpueden ser soportadas por el DepartameElctrica y Automtica de la Universidad Nlombia, Sede Medelln. En particular, estasdestacan la necesidad de la cooperacin upresa para resolver problemas en pilas dsistemas de generacin fotovoltaicos y sistracin elicos.

Fig. 10. Aplicacin fotovolta ica en aplicac iones vehicul ares(Tomado de patente WO 2012/014182 A1 )

Fig. 11. Sistema de generacin elica de baja potencia

Fig. 12. Ubicacin de ocho estaciones de monitoreo en elValle de Aburra

Fig. 13. Ubicacin de la estacin meteorolgica PCE-F WS 20y un pequeo aerogenerador de 200 w en el techo del ITM.

Fig. 14. Comparacin de algunas PDFs con el histograma devientos de la estaciones DI (arriba) e ITM (abajo).

Fig. 15. Caracters ticas potencia-co rriente dsincrnico (4 Kw) de imanes permanentes.


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AGRADECIMIENTOS

Este trabajo fue soportado por el grupo GAUNAL de laUniversidad Nacional de Colombia. Asimismo, los autoresagradecen al investigador Sergio Serna del Instituto Tecno-lgico Metropolitano.

REFERENCIAS

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INTRODUCCIN

La mayora de las herramientas actuales para estimar ladistribucin de los fasores de tensin y corriente funcionana partir de medidas no sincronizadas en diferentes puntosde la red. Esta caracterstica no facilita una respuesta rpi-da y eficaz en la gestin de los flujos de energa, mientrasse mantiene el sistema en estado estable frente a cambiosen las condiciones de operacin. Con las nuevas tecnolo-gas de la informacin esta situacin cambia por completopor las facilidades en la recoleccin, coordinacin y sincro-nizacin de los datos de la red, junto con una mayor capa-cidad de procesamiento de los mismos. Los Sistemas deMedicin Fasorial Sincronizados (SMFS) se constituyen enesa respuesta y son una nueva tecnologa para monitorearsistemas elctricos de potencia en tiempo real. El principalcomponente de un SMFS es la Unidad de Medicin Faso-rial (PMU), que mide los fasores de tensin y corriente.

La incorporacin de esta tecnologa SMFS se debe prin-cipalmente a la creciente demanda energtica y la impo-sibilidad de aumentar la generacin de energa elctrica,

que conlleva a optimizar los recursos ya existentes y el de-sarrollo de nuevas soluciones. Esta creciente demanda haprovocado un aumento de la complejidad tcnica, desdeel punto de vista del control, proteccin y monitoreo de lasredes elctricas.

Como ya se evidenciado con acontecimientos como losapagones, las compaas elctricas tienen que enfren-tarse con problemas cada vez ms difciles en una si-tuacin de constante evolucin de los negocios. Entreestas cuestiones hay dos que destacan especialmente:la previsin de que las redes elctricas funcionarn ms

cerca de su capacidad mxima y, la necesidad, cada vezmayor, de una supervisin mejor y ms precisa de lasredes elctricas.

La estructura bsica de un Sistema de Medicin FasorialSincronizado (SMFS) se muestra en la Figura 1, en la cualse destacan: las PMU, el Concentrador de Datos Fasoriales(Phasor Data Concentrator - PDC), los canales de comuni-cacin y el GPS.

Figura 1. Componentes de un SMFS.

Por su parte, una PMU est compuesta por: el Filtro Antia-liasing,que filtra las frecuencias superiores a la frecuenciade muestreo, para que no sean digitalizadas; el conversorA/D, que transforma las medidas anlogas de tensin ycorriente a valores digitales; el microprocesador, que seencarga de calcular los valores fasoriales, en particular elfasor de la componente de secuencia positiva aplicandotransformada discreta de Fourier; el receptor de sealesde GPS,que permite sincronizar las medidas en base auna misma referencia temporal.

El PDC se encarga de almacenar los datos medidos porlas PMUs. Estos equipos se ubican en los Centros deSupervisin y Control, y permiten implementar aplica-ciones en tiempo real. En la transmisin de informacin

se emplean distintos medios de comunicacin, depen-diendo de la aplicacin especfica y de las condicionesgeogrficas.

PMU

Se trata de un dispositivo que, mediante la aplicacin deuna tecnologa generalizada en el campo de los satlites,ofrece nuevas posibilidades para la supervisin, protec-cin, anlisis y control de los sistemas de distribucin deenerga.

Las unidades PMU dependen de una seal de tiempo GPSpara realizar un marcado de tiempo sumamente preciso dela informacin del sistema de distribucin de energa. VerFigura 2.

Figura 2. Componentes de una PMU.

En el Sistema Interconectado Nacional (SIN)de Colombiahay 13 PMU ya instaladas, y estn ingresando 5 ms. To-das las PMU estn a 230 KV, excepto CHINU a 110 (queesta desconectada en este momento). Ver figura 3.

Figura 3.Localizaciones de PMUs en el Sistetado Nacional. Imagen tomada de XM Medici

Sistema Interconectado Nacional [3].

La tecnologa de medicin sincronizada delativamente nueva, de modo que varios grugacin de todo el mundo estn desarrollanaplicaciones de esta tecnologa. Muchas dciones se pueden agrupar convenientementte manera [1]:

Supervisin de sistemas de distribucin Proteccin avanzada de redes

Esquemas de control avanzado

Supervisin de Sistemas de Distribucin

Uno de los elementos ms importantes desistemas de gestin de energa que actualas compaas elctricas es la estimacinsistema de distribucin a partir de las medicpo real.

El estado del sistema de distribucin de encomo el conjunto de las tensiones de secuentenidas en un momento dado, en todas las b

La tecnologa de estimacin de estado se banes no sincronizadas. Esto da lugar a una neal que se debe resolver on-line para estimsistema. Debido a las bajas velocidades de y los muchos clculos de exploracin, relativla tecnologa actual no puede proporcionar mediata sobre el estado dinmico del sistecin de energa.

Las mediciones sincronizadas de fasores abren una posibilidad totalmente nueva paproceso de estimacin de estado. La aplicaloga (SMFS)eliminar en gran parte el re

Francis Leonardo Guerrero Palomeque Jess Antonio Hernndez Riveros

Universidad Nacional de Colombia / Facultad de MinasDpto. Energa Elctrica y Automtica

[email protected] - [email protected]

Resumen: Las unidades de medicin fasorial (PMU)llamadas tambin sincrofasores son una tecnologa queentrega en tiempo real mediciones precisas de las se-ales que circulan en una red elctrica. La informacinde fase (magnitud y ngulo) se aprovecha para calcularel estado actual del sistema de potencia. Dado que losSistemas Elctricos de Potencia trabajan cerca de suscapacidades mximas, un incremento en la diferenciaangular entre dos puntos de una red podra generarproblemas de inestabilidad, por lo que una adecuadalocalizacin de las PMU en la red es un asunto crtico.La ubicacin ptima de PMU consiste en maximizar laredundancia para asegurar la observabilidad global delsistema. Este artculo presenta los conceptos ms im-portantes en sincrofasores utilizando un ejemplo didc-tico sobre el sistema IEEE de 14 barras.


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a los sistemas actuales de estimacin de estado. As, lascompaas elctricas estarn en condiciones de realizar,en tiempo real, avanzados anlisis de los imprevistos est-ticos y dinmicos que se producen en sus redes.

Proteccin Avanzada de Redes

Otro grupo de aplicaciones de la medicin sincronizada defasores se caracteriza por aumentar la eficacia en la protec-cin de los sistemas de distribucin de energa, es decir, laproteccin de los sistemas y equipos, y en la preparacinde esquemas de medidas correctoras. Por ejemplo, la pro-teccin tradicional de lneas se basa en realizar medicionesde ciertas magnitudes del sistema en un extremo de la l-nea para determinar si se ha producido una falla u avera.En el caso de las lneas crticas, las mediciones se sincro-

nizan mediante algn mecanismo que proporcione esque-mas de proteccin diferencial para la deteccin de fallas.Se considera que la proteccin diferencial es la forma deproteccin ms fiable. En el futuro, las unidades PMU po -dran ser utilizadas para suministrar proteccin diferencial.Esta alternativa ofrece adems la posibilidad de limitar losdaos que un acontecimiento catastrfico podra provocaren el sistema de distribucin de energa. Por ejemplo, lastensiones en barras crticas, la potencia de salida de losgeneradores clave, etc., podran ser utilizados para formu-lar una estrategia de respuestas acerca de si estos par-metros han de considerarse como modelos peligrosos.

Adems, en un estudio sobre la proteccin con rels deprdida de sincronismo adaptativo es posible disear relsde prdida de sincronismo, mejorados, utilizando la medi-cin en tiempo real de ngulos de fasores en los puntosclave de la red y aplicando los conceptos del anlisis deestabilidad transitoria.

Esquemas de Control Avanzado

Entre los dispositivos controlables instalados por las com-paas elctricas se encuentran los estabilizadores desistemas de distribucin, los compensadores estticosde energa reactiva (SVC), los enlaces de CC en AT, loscontroladores universales de flujo de energa, etc. Estoscontroladores han sido diseados para optimizar las fun-ciones de control definidas como objetivo. Por ejemplo, unestabilizador de redes elctricas puede estar encargado deatenuar las oscilaciones electromecnicas de la red. El ob-jetivo de un controlador SVC puede ser mejorar el perfil dela tensin en determinadas barras crticas de la red.

En todos los casos los controladores utilizan como reali-mentacin seales derivadas localmente. Puesto que, confrecuencia, el fenmeno por controlar se define en trminosde las variables generales del sistema, los controladores

actuales dependen de un modelo matemtico del procesode control, de la dinmica del sistema y de la relacin entrelas variables locales y el estado del sistema. Las medicio-nes sincronizadas de fasores ofrecen una oportunidad ni -ca para llevar al controlador las mediciones del vector deestado del sistema, eliminando as en el bucle de control laincertidumbre propia del modelo matemtico. De esta ma-nera, el controlador implementado se basar principalmen-te en la realimentacin y menos en los modelos.

PERSPECTIVAS DE LAS UNIDADES PMU

Las unidades PMU facilitan la bsqueda de soluciones in -novadoras a los problemas tradicionales de las compaaselctricas y ofrecen a los ingenieros de los sistemas de dis-tribucin de energa numerosas ventajas potenciales, entrelas que mencionaremos las siguientes:

Posibilidad de hacer estimaciones precisas sobre el estadodel sistema a intervalos especficos, lo que permite contro-lar los fenmenos dinmicos desde un lugar central y tomarlas medidas de control apropiadas.

Grandes mejoras en los anlisis posteriores a las pertur-baciones, ya que la sincronizacin GPS permite obtener

instantneas precisas de los estados del sistema.

Posibilidad de implementar un sistema avanzado de protec-cin a partir de las mediciones sincronizadas de fasores,con opciones para mejorar la respuesta global del sistemaa los acontecimientos catastrficos.

Posibilidad de utilizar un sistema avanzado de control conrealimentacin a distancia, mejorando as el rendimientodel controlador.

UBICACIN DE LAS UNIDADESDE MEDICIN FASORIAL

Para lograr las perspectivas de las PMU primero se deberesolver el problema de la ubicacin ptima de las Unida-des de Medicin Fasorial.

La ubicacin ptima de PMU consiste en maximizar la Re-dundancia, haciendo uso de la menor cantidad de equiposde medicin que aseguren observabilidad global del sistema.

En la Tabla 1, para el caso ejemplo explicado ms adelante,se compara la ubicacin de PMUs por medio de un algo -ritmo de inteligencia colectiva y con mtodos tradicionales:

Caso 1, aquel donde se consideran todas las barras. Caso 2,aquel en que un transformador de tres enrolla-dos, se modela con conexin en delta. Caso 3,aquel con la ocurrencia de una falla trifsica,provocando la desconexin de una lnea.

Tabla 1. Comparacin: Posicin ptima de PMU SistemaIEEE 14 barras, con distintos mtodos

POSICIONESMtodo Caso1 Caso2 Caso3

Propuesto 2 6 7 9 2 6 9 2 5 6 7 8 9 1011 13

Programacinentera 2 6 7 9 2 6 9

Programacincuadrtica entera 2 6 7 9 2 6 9

2 4 5 6 7 8 911 13

Se propone resolver el problema de ubicacin ptima dePMU usado un algoritmo de Inteligencia de Enjambre quees un modelo de optimizacin metaheurstico que se re-suelve mediante algoritmos basados en el proceso de re-coleccin de nctar de las abejas.

El estudio del comportamiento de las labores realizadaspor individuos vivos, con un fin comn, es conocido con elnombre de Swarm Intelligence (SI) o Inteligencia Colectiva.Son algoritmos de inspiracin biolgica que emulan el com-portamiento de grupos sociales como bancos de peces,bandadas de aves, multitudes humanas, sistemas inmuno-lgicos, colonias de hormigas, enjambres de abejas, etc.

Para que un grupo social sea catalogado como Inteligen-cia Colectiva debe presentar las siguientes caractersticas:auto-organizacin y divisin de tareas. La auto-organizacin,corresponde a un conjunto de mecanismos dinmicos queresultan de la interaccin de componentes de bajo nivel, demodo que se generen estructuras o sistemas de alto nivel.La divisin de tareas se presenta en los procesos de bs -queda masivamente en paralelo [4].

Los sistemas de Inteligencia Colectiva consisten usual-mente de un conjunto de agentes sencillos interactuandolocalmente entre s y con el entorno. Cada agente actade manera autnoma, cumpliendo unas reglas bsicas. Noexiste una estructura centralizada de control que determineel comportamiento de cada agen te. Los agentes funcionande forma individual, con cierto grado de aleatoriedad, y suinfluencia es local. Sin embargo, de la interaccin entre losagentes surge un comportamiento desconocido para cadaagente individual y que ninguno puede producir motu pro-pio.El resultado del proceso de bsqueda masivamente enparalelo de todos los agentes es un comportamiento emer-gente, considerado como una respuesta global inteligente.

Aplicando este tipo de algoritmos al problema de la locali-zacin de PMU se evita de manera natural la iteracin ennodos o barras que no aumentan la redundancia. Es decir,se tiene en cuenta la informacin ya recolectada para unanueva iteracin. Con el fin de tener un conjunto de alta re-dundancia se van agrupando slo los nodos de alta redun-dancia, sera un error agrupar nodos de alta redundanciacon nodos de baja redundancia. De esta manera,un algo-ritmo de inteligencia colectiva se diferencia de los mtodosmatemticos tradicionales para la localizacin de PMUs.

En el caso de estudio para el sistema IEEE de 14 barrasinicialmente se hacen 2n-1 evaluaciones correspondientesa todas las posibles localizaciones para ubicar las PMUs.Donde (n) es el nmero de barras. Se toman las localiza-ciones con mayor redundancia y as se van formando losconjuntos de mayor redundancia con menor nmero dePMUs. Un algoritmo de enjambre de abejas se encuentraampliamente explicado en [2], donde se aplica el mtodo

pero para un sistema de 7 barras.

Se define el vector de posicin (X) cuya dimensin estdada por el nmero de barras del sistema. Por otra parte, laconectividad de la red elctrica est dada por la matriz deconectividad (A). El vector de redundancia se define comoh(x) y se calcula segn la ecuacin 1.

h(x)=AXT (1)

y el grado de observabilidad, segn la ecua

=#barrasobservadas

#debarrasdelSEP

(

Donde el nmero de barras observadas es sumar los coeficientes distintos a cero del vdancia.

Aplicacin a Sistema de Prueba

Considrese el sistema de la Figura 4:

Figura. 4.Sistema IEEE de 14 barras tomada dsoftware de potencia parte I [6]

La matriz de conectividad, A, para la red de


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La tabla 2 muestra cmo funciona el algoritmo, se tomantodas las posibles localizaciones de las PMUs, en nuestrocaso tenemos un sistema de 14 barras. Todas las posibleslocalizaciones son: 214 - 1 la base 2 es porque pertenecena los binarios 1 0. Si la PMU es instalada en la barrak,entonces xkes igual a 1. Caso contrario es igual a 0.

Para el ejemplo, se localizaron PMUs de forma aleatoria enlas barras:

(4);(2);(2,6);(3,6);(4,8);(2,8);(5,8);(3, 8, 10,14);(2, 6, 7,9);(3, 7, 9,14)

Se calculan la redundancia y el grado de observabilidadcon las ecuaciones (1) y (2) respectivamente para cada

una de las localizaciones.

h(0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 )

= [0 1 1 1 1 0 1 01 0 0 0 0 0]T

_OBS = 6 = 0.429

14

CONCLUSIONES

Los criterios ms determinantes en la localizacin de PMUsson: mxima observabilidad y nivel de redundancia.

Se observa que el sistema estndar de 14 barras es com-pletamente observable instalando PMUs en las barras 2,

6,7, y 9.

Minimizar el costo de las PMUs est directamente relacio-nado con la cantidad de equipos obtenidos -ya que el valorde stos opera como un valor constante, ms el valor delos equipos de soporte a las PMUs para la transmisin yprocesamiento de los datos. En el sistema de prueba con14 barras, por ejemplo, hay que considerar mnimo 16383formas diferentes de localizar las PMU.

Tabla 2.Resultados de simulacin de una fase de explotacin

Posicin

Gradode

o

bservabilidad

NodePMUS

Redundancia

Coeficientes

con

redundancia

iguala

Nivelde

Redundancia

0 1 2Min

Med

Max

[0001000

000000]0.429 1

[0111101

0100000]8 6 0 8 6 0

[01000

000000]0.357 1

[1111000

000000]9 5 0 9 5 0

[0100010

000000]0.643 2

[1111210

0001110]5 8 1 5 8 1

[0010010

0000000]0.571 2

[0111110

0001110]6 8 0 6 8 0

[0001000

1000000]0.500 2

[0111102

1100000]7 6 1 7 6 1

[0100000

1000000]0.500 2

[1111101

1000000]7 7 0 7 7 0

[0101000

0001000]0.714 3

[122221

10111000]4 6 2 4 6 2

[000010

0100000]0.714 3

[1101112

1100011]4 9 1 4 9 1

[0010000

1010001]0.714 4

[0111002

121011]4 8 2 4 8 2

[0100011

0100000]1 4

[1113212

1211111]0

1

02

1

03 1

[0010000

1010001]0.714 5

[1211121

1011110]2

1

02 2

1

02

El problema de localizar las PMUs llev a la industria adesarrollar algoritmos de optimizacin para la ubicacinde PMUs con el menor costo posible. Hoy en da, el cos-to de los equipos PMU se ha reducido sustancialmente(alrededor de 6000 dlares por unidad), no por esto laubicacin de las PMUs ha dejado de ser un problema.Puesto que, como en el caso ejemplo,si tenemos un sis-tema de 14 barras y conectamos PMUs en las 14 barras

entre una de las dificultades que se encontraran esta laproduccin de informacin excesiva, ocupando perma-nente los canales de comunicacin. Surge entonces elproblema de contar con equipos capaces de procesartanta informacin. De nuevo, un balance de costo bene-ficio se hace indispensable.

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Abstract En el presente trabajo se presentan los retosa los que estn enfrentadas las empresas generadorasde energa elctrica y las empresas consultoras dado

que el Consejo Nacional de Operacin ha establecido losrequerimientos para los modelos, pruebas y ajustes delas unidades de generacin del Sistema InterconectadoNacional. Adicionalmente se presentan las capacidadesdel Departamento de Energa Elctrica y Automtica dela Universidad Nacional de Colombia, Sede Medelln, enel modelado y ajuste de los sistemas de excitacin. Lascapacidades del Departamento de Energa Elctrica es-tn reflejadas en trabajos experimentales, los cuales hansido publicados en revistas especializadas.

Index Terms Retos industriales, modelado de siste-mas de control de generacin, sistemas de excitacin.

I. INTRODUCCIN

En los ltimos 15 aos varios apagones han afectado a ungran nmero de consumidores alrededor del mundo, ver Ta-

bla 1. El 14 de Agosto de 2003 un apagn ocurrido en laNorth American Eastern Interconnectionafect cinco ciu-dades y 50.000.000 de habitantes produciendo perdidas por6 billones de dlares. El 26 de Abril de 2007 el 80% de lapoblacin colombiana qued sin suministro de energa elc-trica generando prdidas estimadas de 97.63 millones dedlares. Estos ejemplos ilustran los impactos sociales y eco-nmicos que tiene los apagones sobre nuestra sociedad.

Debido a la importancia y complejidad de este problemadiferentes medidas son tomadas para prevenir los apago-nes, o al menos mitigar su impacto. Una de estas medidases la planeacin de los sistemas de potencia, la cual pue-de predecir el comportamiento y el estado final del siste-ma elctrico frente a eventos transitorios. Sin embargo, laplaneacin del sistema se realiza con base en los anlisisde transmisin y estabilidad de los sistemas elctricos. Losestudios de estabilidad requieren modelos exactos de loselementos de una unidad de generacin, ver Figura 1, para

poder predecir de forma realista el comportamiento del sis-tema. Los modelos del generador sincrnico, los sistemasde excitacin y los reguladores de velocidad son particular-mente influyentes en estos estudios.

Tabla 1.Apagones de sistemas elctricos en diferentes lu-gares del mundo

Frecuentemente, los estudios de los sistemas elctricosson realizados sin modelos apropiados de sus elementos,particularmente por que no se posee la estructura adecua-da del modelo o porque los valores exactos de los parme-tros no estn disponibles. Las estructuras de los modelosy sus parmetros, informacin que deben brindar los fabri-

cantes, puede o no estar disponible. Tambin ocurre quelos parmetros que se poseen son diferentes a los actualesdebido al envejecimiento de los equipos, los ajustes de loscontroladores, entre otras razones.

Actualmente, los organismos reguladores de la energa elc-trica en diferentes pases alrededor del mundo recomiendano exigen a las empresas generadoras realizar pruebas, cadacinco o menos aos, en las plantas de generacin, las cua-les deben ser conducentes a ajustar los sistemas de control,actualizar los modelos de los elementos en las plantas degeneracin y validar los mismos [1, 2]. En nuestro pas, elConsejo Nacional de Operacin (CNO) a travs del AcuerdoNo. 552 de Octubre 6 de 2011 establece los requerimien-tos para los modelos, pruebas y ajustes de los sistemas deexcitacin, reguladores velocidad/potencia y estabilizadoresde sistemas de potencia de las unidades de generacin delSistema Interconectado Nacional (SIN). Dado que el De-partamento de Energa Elctrica y Automtica (DEEA) dela Universidad Nacional de Colombia cuenta con personalexperto en el ajuste de sistemas de control y en el modeladode sistemas de excitacin, existe una clara oportunidad paraque el DEEA y las empresas del sector elctrico resuelvanlos nuevos retos trabajando conjuntamente.

El presente artculo tiene como objetivo evidenciar las ne-cesidades y los retos que trae el ajuste de los sistemas decontrol y el modelado de los elementos de las unidadesde generacin y adems presentar las soluciones que sonpropuestas desde el DEEA.

II. RETOS EN EL MODELADO DELOS SISTEMAS DE EXCITACIN

Dado el inters actual de los entes reguladores de energaen nuestro pas, destacado a travs del Acuerdo No. 552 deOctubre 6 de 2011, las empresas generadoras de energa ylas empresas consultoras estn enfrentadas a los siguien-tes retos:

A. Seleccin de modelos matemticos delos sistemas de excitacin

Los modelos de los sistemas de excitacin estn estan -darizados y presentados en normas nacionales e inter-nacionales. Estos modelos son ampliamente usados porlos ingenieros que realizan los estudios del sistema de

potencia, adems los programas de anlismayora de estos modelos en sus librerastrales de generacin poseen los modelos dde excitacin, en estos casos es recomendestructura en contraste con el equipo instacasos es necesario analizar los planos de lexcitacin y seleccionar el modelo adecuacuenta las normas existentes.

El DEEA cuenta con personal que ha participtoras de modelado de sistemas de control[3]. La seleccin de modelos matemticos dde excitacin o la obtencin de los modelosnos del sistema es un servicio que el DEEempresas generadoras. En la Figura 2 (a) emulador de una unidad de generacin, el un sistema de excitacin y en la figura 2 (b) conexin del emulador. El modelo del sistempresente en el emulador fue seleccionado deIEEE 421.5-2006 teniendo en cuenta los play funciones discretas programadas en un prode seales (DSP de su nombre en ingles), v

B. Estimacin individual de los parmetde los sistemas de excitacin

Los parmetros de los modelos de los sistacin pueden ser estimados a partir de pcentes a estimar los parmetros individualmpruebas utilizadas se destaca la aplicacinde seal para determinar constantes de tiese incluyen las pequeas y grandes variacpara determinar las ganancias de los sistemde pruebas el generador se debe encontra

y las realimentaciones y conexiones entredel sistema de excitacin, desconectadas; peste mtodo de estimacin se obtienen valosos de los parmetros, puesto que no hay indems elementos del sistema. Sin embargdel generador fuera de lnea afecta su dispomtodo de estimacin de parmetros es uofrece el DEEA a las empresas generadora

Andrs Julin Saavedra-Montes Ph.D.es profesor de la Universidad Nacional de Colombia, adscrito a la Facultad de Minas de la Sede Mede-lln,y es el lder del Grupo de Investigacin Gaunal (Categora A).Telfono: (57 4) 425 5297,E-mail: [email protected] Carlos Andrs Ramos-Paja Ph.D.es profesor de la Universidad Nacional de Colombia,adscrito a la Facultad de Minas de la Sede Medelln, yes miembro del Grupo de Investigacin Gaunal (Categora A).Telfono: (57 4) 425 5345, E-mail: [email protected]

Andrs Julin Saavedra-Montes , Carlos Andrs Ramos-Paja

Figura 1. Diagrama de una unidad de generacin.(Energies )

(a) Emulador de una unidad de generacin. (b) Esquema de conexin.Figura 2. Banco experim ental (Electric Power Systems Research )


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modelar y ajustar los sistemas de excitacin. Adicional-mente se presentaron las capacidades del Departamentode Energa Elctrica y Automtica de la Universidad Na-cional de Colombia, Sede Medelln, en el tpico en cues -tin. Las capacidades del DEEA estn reflejadas en tra-bajos experimentales, los cuales han sido publicados enrevistas especializadas.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo fue soportado por el grupo GAUNAL de la Univer-

sidad Nacional de Colombia bajo el proyecto SMART-ALEN ypor el Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnologa eInnovacin (COLCIENCIAS) bajo la beca 095-2005.

REFERENCIAS

[1] O. P. Veloza and R. H. Cespedes, Regulatory Mechanismsto Mitigate the Vulnerability of Power Systems to Blackouts, inIEEE Transmission & Distribution Conference and Exposition:Latin America, 2006, pp. 1-6.

[2]D. S. Karl and R. C. Schaefer, NERC power industry poli-cies, IEEE Industry Applications Magazine, vol. 10, pp. 30-38,march 2004.

[3]J. M. Ramrez Scarpe tta, A. J. Saavedra Montes, and H. Vas-quz Palacios, Modelado de los sistemas de control de la cen -tral hidroelctrica de Salvajina; Parte II: Control de Excitacin, inV congreso nacional de la ACA. , Medelln, Colombia, 2003.

[4]A. J. Saavedra-Montes, J. M. Ramirez-Scarpetta, and O.P. Malik, Methodology to estimate parameters of an excitationsystem based on experimental conditions, Electric Power Sys-

tems Research, vol. 81, pp. 170-176, Jan. 2011.[5]A. J. Saavedra-Montes, J. M. Ramirez-Scarpetta, C. A. Ra -mos-Paja, and O. P. Malik, Identification of excitation systemswith the generator online, Electric Power Systems Research,vol. 87, pp. 1-9.

[6]A. J. Saavedra-Montes, C. A. Ramos-Paja, M. L. Orozco-Gutierrez, W. A. Cifuentes, and J. M. Ramirez-Scarpetta, Cal-culation of excitation system controllers to fulfill IEEE standardperformance indexes, Electric Power Systems Research, vol.89, pp. 196-203.

Una descripcin detallada del mtodo de ajuste y su aplica-cin a un sistema de excitacin son presentadas en [6].

F. Capacitacin de personal

Finalmente, el DEEA ofrece la capacitacin de personal de

las empresas generadoras y las empresas consultoras enlos campos que posee amplia experiencia:

Seleccin de modelos de los sistemas de excitacindesde estndares internacionales o modelado de lossistemas de excitacin a partir de los planos del equi -po instalado o el refinamiento de las estructuras de losmodelos que entregan los fabricantes cuando estas norepresentan fielmente los sistemas instalados.

Ejecucin de pruebas para estimar los parmetros delos sistemas de excitacin, las cuales pueden ser paraestimar cada parmetro independientemente o unasola prueba para estimar todos los parmetros linealesdel sistema.

Ajuste de los sistemas de control con un mtodo senci-llo, de orientacin grafica y clculos matemticos sim-ples. Esta formacin les permitir a los ingenieros deplanta ajustar los sistemas de control cada vez que serequiera y garantizando la estabilidad del sistema.

III. CONCLUSIONES

En el presente trabajo se presentaron los retos a los quese ven enfrentadas las empresas generadoras de energaelctrica y las empresas consultoras cuando requieren

Figura 7. Curva de cargabilid ad de un generad or incluyendolos valores del RUPD en nueve puntos de operacin(Electric Power Systems Research )

a. Voltaje en terminales frente a un cambio escaln en la re-ferencia.

b. Voltaje en terminales frente a un rechazo de carga del 100%.

Figura 8. Curvas experimentales de un sistema de control deexcitacin (Electric Power Systems Research )


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Abstract En este artculo se presenta el laboratoriode fuentes de energa renovable, que ha sido el fruto dedos proyectos realizados entre los grupos de investigacinGAUNAL y GITA de la Universidad Nacional de Colombia- Sede Medelln y los grupos en Automtica y Electrnicadel Instituto Tecnolgico Metropolitano. La descripcin del

laboratorio incluye detalles del equipamiento y capacida-des en sistemas fotovoltaicos, sistemas elicos y electr-nica industrial y de potencia. Adems el artculo presentalas oportunidades de prestacin de servicios en fuentes deenerga renovable, que pueden ser soportadas por el recur-so humano y las capacidades instaladas en el laboratorio.

Index Terms Oportunidades de prestacin de servi-cios, fuentes de energa renovable, sistemas fotovoltai-cos, sistemas elicos, electrnica de potencia.

I. INTRODUCCIN

Una necesidad para salir de la recesin econmica mun-dial es la creacin de puestos de trabajo que cambien a lasociedad. En ese contexto, las energas renovables jueganun rol clave, ya que no slo son vitales para lograr los ob-jetivos que apuntan a disminuir los efectos del cambio cli-mtico, si no que son una oportunidad nica para construir

compaas que puedan crear empleos de alto valor [1].

En Colombia, se estn desarrollando proyectos en regio-nes con alto potencial de recursos energticos renovables,los cuales pueden ser un banco de prueba para evidenciarlas oportunidades y dificultades que se tendrn a lo largoy ancho del pas con la explotacin de estos recursos [2].

Debido a las condiciones geogrficas y climticas colom-bianas, la energa hidrulica a gran escala, que es un m-todo altamente eficiente en la generacin de electricidad yno contamina, est ampliamente desarrollada actualmente[3-5]. Aunque para lograr una seguridad energtica ms ro-busta en el mediano y largo plazo, se ha planteado que elpas debe tener una adecuada complementariedad e im-plementacin de todas las tecnologas y fuentes de energacon que cuenta. Es decir, que debe incluir desarrollos enlas denominadas Fuentes No Convencionales de Energa,FNCE: Energas solar, elica, de pequeos aprovecha-mientos hidrulicos, la biomasa, la geotermia, la energade los ocanos y la nuclear [5].

Colombia disfruta de excelentes condiciones de viento, es-pecialmente en la costa norte del pas y algunas zonas mon-taosas del interior, lo que la hace una regin muy atractivapara el desarrollo de la energa elica, tal y como lo com-

prob EPM en las mediciones realizadas durante 3 aos en

la regin de la Guajira, de las cuales se obtuvo un potencialexplotable de energa elica de cerca de 5 GW [4].

En cuanto a la energa solar, Colombia presenta excelen-tes condiciones de irradiacin solar, de acuerdo con el at-las solar de la Unidad de Planeacin Minero EnergticaUPME, con niveles que van desde el 58% hasta el 84% delos niveles de insolacin que han sido medidos en ArabiaSaudita, el pas con los mayores niveles de irradiacin solardel mundo. Sin embargo, el uso de la energa solar an nose ha expandido como debiera [4].

Entre otras fuentes de energa renovable existentes en elpas, se encuentran la biomasa y la energa geotrmica,que no han sido exploradas, ni catalogadas en detalle paraestablecer sus desarrollos potenciales [4].

Para lograr la diversificacin en la generacin de energaelctrica en el pas que incluya las FNCE renovables, sonnecesarias fortalezas, tales como la consecucin de refe-rentes tcnicos, la formacin del recurso humano, que per-mita el desarrollo de una capacidad domstica de manteni-miento y la fuerza de trabajo conocedora para operar estasplantas y las polticas de regulacin gubernamentales [5].

Dado el inters que la energa renovable ha despertado enel mundo, se han fundado mltiples laboratorios que inves-tigan en tecnologa aplicada a este tipo de sistemas, ascomo en la calidad de la energa generada, los mercadosy las polticas energticas, la seguridad y los programasgubernamentales que deben implementarse con el fin decontinuar este desarrollo. La transferencia de conocimiento,la prestacin de servicios a la industria y el desarrollo deproductos comerciales con la empresa privada, son quizs

los objetivos ms relevantes de este tipo de laboratorios [6].El laboratorio de energas renovables de mayor trayecto-ria en el mundo es el National Renewable Energy Labora-tory - NRELdel Departamento de Energa de los EstadosUnidos. Este laboratorio, por 35 aos se ha dedicado a lainvestigacin, desarrollo, comercializacin y despliegue detecnologa para energa renovable y eficiencia energtica.Entre 2002 y 2010 el NREL se ha enfocado en investigacinen ciencia y tecnologa solar, elica, geotrmica, de bioma-sa, celdas de combustible, y en sistemas de infraestructuraelctrica, entre otros [7].

En Colombia se tienen algunos proyectos y laboratorios deenergas renovables en universidades, de entre ellos losms reconocidos son los de la Universidad Nacional SedeBogot y la Universidad Autnoma de Occidente [6].

En Medelln se ha desarrollado el laboratorio de Fuentes de

Energa Renovable, dentro de dos proyectos en convenioentre la Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellny el Instituto Tecnolgico Metropolitano.

Las principales motivaciones para el desarrollo de este la-boratorio han sido el creciente desarrollo de las fuentes re-novables que existe actualmente a nivel mundial y el hechode que en nuestro pas los recursos de energa renovable

estn presentes pero no han sido aprovechacapacidad, en parte, debido a la falta de excurso humano con formacin en el tema. Econ el que se cre el laboratorio fue el de fraestructura para el desarrollo de proyectosMaestra y Doctorado, lo que ha permitido de estudiantes e investigadores que han acin y experiencia en el tema de las fuenelctrica renovable.

Otros objetivos importantes que se han cumsarrollo del laboratorio son:

1. Servir como plataforma para resolver prosidades dentro del contexto de las fuentesenerga elctrica; a travs de la concepcin,

cucin y divulgacin de proyectos vinculadsocial, cientfico, tecnolgico y educativo de

2. Apoyar los avances en las tcnicas de mchamiento de energa disponible en las fuenrenovable y las tcnicas de diseo, modelaconvertidores de potencia elctrica.

Este artculo realiza una descripcin detalladrio de fuentes de energa renovable, con su posibilidades en cada una de las reas de tde las oportunidades en la prestacin de seentidades educativas como a la industria en

II. DESCRIPCIN DEL LABORATO

El laboratorio de energa renovable, fue el fryectos realizados entre los grupos GAUNA

Universidad Nacional de Colombia (UNAL) -y el grupo de investigacin en Automtica yInstituto Tecnolgico Metropolitano (ITM).

El laboratorio est ubicado en el piso 6 decampus Fraternidad del Instituto Tecnolgic(vase Fig. 1). All se destin un rea bajo tmadamente 36 m y otra rea contigua, a caproximadamente 743 m(vase Fig. 2).

Sergio Ignacio Serna Garcs , Eliana Isabel Arango Zuluaga ,Carlos Andrs Ramos-Paja , Andrs Julin Saavedra-Montes 4

Sergio Ignacio Serna Garcs,M. Sc.Investigador del Instituto Tecnolgico Metropolitano y miembro del grupo de investigacin en Automticay Electrnica.Telfono: (57 4) 460 0727 Ext.5587.E-mail: [email protected] Eliana Isabel Arango Zuluaga Ph.D.Profesora de la Universidad Nacional de Colombia - Sede Medelln, y miembro del Grupo de InvestigacinGaunal (Categora A).Telfono: (57 4) 425 5344,E-mail: [email protected] Carlos Andrs Ramos-Paja Ph.D.Profesor de la Universidad Nacional de Colombia - Sede Medelln,y miembro del Grupo de InvestigacinGaunal (Categora A).Telfono: (57 4) 425 5345,E-mail: [email protected] Julin Saavedra-Montes Ph.D. Profesor de la Universidad Nacional de Colombia - Sede Medelln, y lder del Grupo de InvestigacinGaunal (Categora A).Telfono: (57 4) 425 5297,E-mail: [email protected]

Fig. 1 Ubicacin del laboratorio de fuentes dvable del ITM


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de tiempo que permita determinar el perfil de viento paraesa zona y poca del ao en particular. De esta manera,ser posible posteriormente realizar actividades de inves-tigacin y desarrollo emulando las condiciones meteorol-gicas medidas.

ELEMENTO DESCRIPCIN

Aerogenerador SouthwestWindpower Air Breeze

3200 Ah/mes a 5.8 m/s, rea de barrido 1.07 m, dimetro del rotor 1.17 m, ve-locidad del viento para arranque 3.13 m/s, 24 V, incluye regulador y controlelectrnico de torque, 3 aspas, alternador de imanes permanentes sin esco-billas, velocidad mxima 49.2 m/s.

Motor DC Baldor referencia CDPT3455,Motor DC de imanes permanentes de 1 HP, 1750 rpm, voltaje de armadura180 V, voltaje de campo 180 V, tacmetro integrado de 50 V/1000 rpm, torqueconstante en un rango de velocidad de 20:1.

Control motor DC basado en SCR1.5 HP, 115/230 V, 1 fase, control de motores DC o imanes permanentes, con-trol anlogo de velocidad con potencimetro de 5k, ajuste de aceleracin,desaceleracin, corriente lmite.

Aislador de seal Baldor BC145Amplifica y acondiciona seales de voltaje y corriente DC, tres rangos devoltaje de entrada DC (0-25V, 0-120V y 0-550V), tres rangos de corriente de

entrada DC (1-5mA, 4-20mA y 10-50mA).

Estacin meteorolgica PCEFWS 20

Con sensores para direccin y velocidad del viento, temperatura, humedadrelativa y pluviosidad, comunicacin inalmbrica con la base, pantalla tctil,transmisin por USB al computador, bateras recargables. Incluye softwarede visualizacin y anlisis.

Se cuenta con cinco aerogeneradores Air Breeze, dosde los cuales estn instalados en estructuras rodantesde 3 m de altura, de esta manera es posible desplazarlos aerogeneradores por toda el rea a cielo abierto dellaboratorio.

Otros tres aerogeneradores estn acoplados a motoresDC, de tal forma que se puedan emular perfiles de vientoen cualquier momento del da, ya que estos motores cuen-tan con un control que permite variar su velocidad y pormedio del acople al aerogenerador producir en este ltimolos mismos efectos del viento. De esta manera, no se de-pender de las condiciones ambientales para realizar laslabores de investigacin con estos sistemas (vase Fig. 6).

Con las estaciones meteorolgicas que se tienen instaladaen el laboratorio, se ha determinado el perfil de viento paraeste sector de la ciudad en determinados periodos del ao(vase Fig. 7). Sin embargo, contamos con una estacinmeteorolgica porttil que puede ser instalada en cualquierlugar del Valle de Aburra y tomar datos durante un periodo

C. Electrnica Industrial y de Potencia

En el rea de electrnica industrial y de potencia el labora-torio cuenta con los equipos y el software necesario parael diseo, fabricacin y ensamble de sistemas electrnicos,as como los equipos de prueba necesarios para la valida-cin de los resultados de investigacin (vase Tabla 3).

Las cargas electrnicas permiten probar el desempeo delas fuentes de energa, fotovoltaica y elica, ante diferentescondiciones, alta y baja corriente, y alto y bajo voltaje. Lafuente de voltaje programable, permite la emulacin de pa-neles en momentos en los que no se cuenta con luz solaradecuada para probarlos.

El osciloscopio TDS3034C es a color y tienles, y cuenta con cuatro puntas de corriente de voltaje, lo que permite la medicin simuparmetros en diferentes puntos de un circu

Con el medidor de LCR/ESR, se determinel modelo de los componentes pasivos de ucipalmente de los convertidores de potencconstruidos en el laboratorio.

El generador de funciones es til para genede disparo para los Mosfet de los convertidocon esto se prueba que satisfaga los requis

Tabla 2:Elementos del laboratorio en el rea de aerogeneradores.

Fig. 5 Aerogene rador, estacin meteorolgica y paneles foto-

voltaicos en sus estructuras

Fig. 7 Estacin meteorolgica ubicada en el laboratorio deenerga renovable

Fig.6 Banco motor-aerogenerador para emular perfiles de viento

Tabla 3:Elementos del laboratorio en el rea de electrnica industrial y de potencia.

ELEMENTO DESCRIPCIN

Carga electrnica BK Precision 8514Opera entre 0-120 Vdc, 1 mA-240 A y 1200 W, modos de CC, resolucin de la medida de 1 mA/1 mV, genera transitorios, pRS-232, programacin de listas, modo de prueba de batera, se

Carga electrnica BK Precision 8502Opera entre 0-500 Vdc, 1 mA-15 A y 300 W, modos de CC, CRsolucin de la medida de 0.1 mA/1 mV, genera transitorios, prRS-232, programacin de listas, modo de prueba de batera, se

Fuente de voltaje DC programableBK Precision XLN6024

Opera entre 0-60 V, 0-24 A y 1440 W, interfaz USB y RS-485,anloga externa, configuracin maestro esclavo, control hastadesde un mismo PC, drivers para LabView, salida fija de 5 V/1

Tarjeta de adquisicin de datosNI PCIe-6363

2 tarjetas con 32 entradas analgicas, 2 MS/s monocanal, 1ticanal, resolucin de 16 bits y +/-10 V, 4 salidas analgicas resolucin de 16 bits, +/-10 V, 48 lneas de I/O, 4 contadores/tede 32 bits para PWM, codificador y contar eventos, disparo anay temporizacin avanzada. Interfaz PCI express.

Tarjeta de adquisicin de datosNI USB-6009

8 entradas analgicas,48 kS/s, resolucin de 14 bits, 2 salidde 150 S/s, resolucin de 12 bits, 12 lneas de I/O, 1 contador.

Medidor LCR/ESR BK Precision 886Medicin de parmetros Z, L, C, DCR, ESR, D, Q y , condicio100 Hz, 120 Hz, 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz, 1 Vrms, 0.25 Vrmsprecisin 0.2%, LCD dual incluye punta para medir dispositivoso automtica, medir resistencia DC.

Generador de funciones BKPrecision 4079

2 canales completamente independientes, 14 bit, 125 MS/s, 4generar forma de onda arbitraria, onda seno y cuadrada hastmas de onda predefinidas pulso, rampa, triangular, ruido, Sinc,gaussiana, canales sincronizables, seales I/Q, modulacin A10 mVpp a 10 Vpp a 50 , marcadores, puerto RS-232 y GPIB

Osciloscopio Tektronix TDS3034C4 canales, ancho de banda 300 MHz, 2.5 GS/s, memoria deUSB, 25 mediciones automticas, FFT estndar, incluye 4 punte TCP202 que miden hasta 15 amperios AC/DC.

Sistema de fabricacin yensamble de PCB marca LPKF

Incluye ruteadora ProtoMat S100 con precisin X/Y de 0.02 mil,mo de impreso 30 cm x 30 cm, puede fabricar PCBs de RF, iautomtico de herramientas, sistema para aplicacin de mscdura y serigrafa, prensa hasta 4 capas, through hole sin qumplace manual y horno de reflujo.

Sistemas de desarrollo paramicrocontroladores, microprocesadores,DSP y FPGA

Microprocesadores y microcontroladores Freescale ColdFire iMX515, Nanoboard 3000 de Altium basada en FPGA, DSP de y 320C6713.

PSIM v. 9.0

Software de simulacin especialmente diseado para electrnic

control de motores y simulacin de sistemas dinmicos. Incluyeenerga renovable, control digital y generacin de cdigo para el Dy otros.

Matlab R2011b Incluye Matlab y Simulink con los toolbox de control, seales, xPCTime Windows Target, Simulink Coder, Data Acquisition, Stateflo

LabView 2010 Multisim, Control, FPGA, Signal Express, Systems IdentificatioVision y otros.

Altium Design Software para el diseo y fabricacin de productos electrnico


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Las tarjetas de adquisicin de datos PCI express son la inter -faz entre los modelos diseados en Matlab y los convertido-res de potencia construidos en el laboratorio. De esta manerase logra validar experimentalmente en tiempo real, utilizandoMatlab y su toolbox XPC Target, los modelos previamente si -mulados. Las simulaciones tambin se realizan utilizando elsoftware PSIM, con el cual, adicionalmente se puede generarcdigo para implementar el sistema en el DSP de TI F28335.

El sistema de fabricacin y ensamble de tarjetas de cir-cuito impreso permite el diseo, fabricacin y ensamblede PCBs. El diseo se realiza utilizando Altium Design, unsoftware de alto desempeo para trabajos profesionales.La fabricacin de las PCBs se realiza con maquinaria ale-mana, marca LPKF, y es posible construir complejas placasde hasta 4 capas con componentes de montaje superficialpara aplicaciones en telecomunicaciones, control, electr-

nica de potencia, dispositivos biomdicos, entre otros. Es-tas placas se pueden fabricar con un acabado profesional,que incluye mscara de soldadura y serigrafa. El montajese realiza con un sistema manual de aplicacin de solda-dura en pasta, y seleccin y ubicacin de componentes. Elproceso de soldado se realiza en un horno de reflujo o ma-nualmente con la estacin de soldadura i-CON2 de Ersa.

III. RECURSO HUMANO

Para un laboratorio que presta servicios de investigacin, do-cencia y extensin es fundamental el contar con equipos contecnologa de punta, que facilite los procesos y garantice laobtencin de resultados correctos. Sin embargo, es quizsaun ms importante contar con un recurso humano altamen-te calificado, que utilice metodologas de investigacin y de-sarrollo

Revista Avances 3 Edicion

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