Control de Sistemas Hibridos

Control e instrumentacin de sistemas hbridos

Javier Lagunas Mendoza

18 de octubre del 2000

Control del sistema hbrido (SH):

Funciones del control del SH: Interconectar los diferentes elementos del sistema hbrido Administrar la generacin elctrica solar, elica, etc. y del grupo electrgeno a travs de la conexin y/o desconexin de las fuentes generadoras Se puede administrar la generacin de manera que se aproveche cuando hay recurso disponible Controlar la conexin/desconexin de la carga dependiendo de la disponibilidad de energa en el banco de bateras

Proteger el banco de bateras No sobrecargando el banco de bateras cuando ste est al 100% de carga No sobredescargando el banco de bateras cuando su estado de carga es bajo.

El control puede ser del siguiente tipo: Diseo dedicado expresamente para el sistema hbrido (desarrollado a base de tarjetas electrnicas para manejar los relevadores (mecnicos o de estado slido) contenidos en un tablero de poder (tipo 1). Diseo igual al anterior pero con capacidad de adquisicin de datos (tipo 2). Integracin de un control para el sistema hibrido basado en un sistema comercial (tipo 3). Integracin de un control para el SH con capacidad de adquisicin de datos basado en un sistema comercial (tipo 4)

Problemas encontrados en los controles tipo 2: Los desarrollos propios son difciles de reparar, solo el fabricante puede hacerlo (tipo 1). El control tiene una capacidad reducida para el monitoreo de variables. Poca capacidad para el almacenamiento de informacin. Comunicacin permanente con una computadora personal (con mayor tendencia a fallar).

Control electrnico desarrollado en el IIE (tipo 1):

Control electrnico desarrollado en el IIE (tipo 4):

Especificaciones para el desarrollo del control: Integracin con base en un sistema comercial Capacidad de adquisicin de datos y almacenamiento de informacin (un mes por lo menos) Bajo consumo de corriente Facilidad de programacin para poder desarrollar y probar diferentes algoritmos para la administracin de la generacin y el despacho de carga: Maximizar la generacin alimentando directamente las cargas con las fuentes de generacin, para evitar prdidas por conversin a energa electroqumica. Integracin acorde con la capacidad del sistema hbrido tanto en costo, tamao, confiabilidad y autonoma, as como en la robustez en su integracin fsica. Utilizacin de relevadores mecnicos para evitar cada de voltaje (estado slido). Relevadores de dos polos, dos tiros, con capacidad de 25 A @ 250 V.

Pasos para instrumentar un sistema hbrido: Identificar las variables a medir Integrar el sistema de adquisicin de datos (SAD) Realizar el programa del sistema de adquisicin de datos Realizar pruebas del SAD antes de su instalacin Realizar la instalacin y verificar la operacin en el SH Operar el SAD durante el perodo de instrumentacin

La instrumentacin de sistemas hbridos se ha basado en: Norma: IEC 61724 Photovoltaic system performance monitoring Guidelines for measurement, data exchange and analysis, 1998-11. Norma: IEC 61400-12, Wind turbine generator systems Part 12: Wind turbine power performance testing. 1998-02. Experiencia del IIE

Identificar las variables a medir

Lista general de las variables a medir

Variable

Smbolo

Unidades

Climatolgicas

Irradiancia solar en el plano de los paneles

RSP

W/m2

Irradiancia solar en el plano horizontal

RSH

W/m2

Temperatura ambiente

TA

C

Velocidad del viento

VV

m/s

Direccin del viento

DV

grados N

Arreglos fotovoltaicos

Voltaje de salida de los arreglos

VFV

V

Corriente de salida de los arreglos

IFV

A

Potencia de salida de los arreglos

PFV

W

Temperatura de los paneles fotovoltaicos

TFV

C

Aerogeneradores

Voltaje de salida de los aerogeneradores

VG

V

Corriente de salida de los aerogeneradores

IG

A

Potencia de salida de los aerogeneradores

PG

W

Velocidad del viento a la altura de los AGs

VVG

m/s

Direccin del viento a la altura de los AGs

DVG

grados N

Banco de bateras

Voltaje de operacin del banco de bateras

VB

V

Corriente de entrada al banco de bateras

IEB

A

Corriente de salida del banco de bateras

ISB

A

Potencia que entra al banco de bateras

PEB

W

Potencia que sale del banco de bateras

PSB

W

Temperatura del banco de bateras

TBB

C

Lista general de las variables a medir (continuacin)

Variable

Smbolo

Unidades

Carga

Voltaje de la carga

VC

V

Corriente hacia la carga

IC

A

Potencia entregada hacia la carga

PC

W

Inversor

Voltaje del inversor

VI

V

Corriente de entrada al inversor

IEI

A

Corriente de salida al inversor

ISI

A

Potencia de entrada al inversor

PEI

W

Potencia de salida al inversor

PSI

W

Fuente de respaldo (grupo electrgeno)

Voltaje de salida

VD

V

Corriente de salida

ID

A

Potencia de salida

PD

W

Red elctrica

Voltaje de lnea de la red

VR

V

Corriente entregada a la red

IER

A

Corriente consumida de la red

ISR

A

Potencia real entregada a la red

PER

W

Potencia reactiva entregada a la red

PRER

VAR

Potencia real consumida de la red

PSR

W

Potencia reactiva consumida de la red

PRSR

VAR

Elaborar la lista de las variables a medir en el sistema hbrido: Una vez que las variables han sido identificadas (apoyndose en la figura y en la lista general), deber elaborarse la lista con la variables a medir en nuestro SH La lista deber contener: Nombre de la variable Smbolo Unidades de medicin Rango de medicin Exactitud requerida en la medicin

Integracin del SAD Equipo de medicin Operacin desatendida, automtica y aislada (no se recomienda con PC) Capacidad de medicin, resolucin, memoria autocontenida. Capacidad de control Confiabilidad y autonoma. Precisin en las mediciones Software de soporte para programacin, recuperacin de informacin, etc. Facilidad de programacin y conexin de sensores de diferentes marcas Costo y servicio de soporte (manuales). Marca reconocida. Accesorios del equipo de medicin Fuente ininterrumpible para garantizar operacin continua Paneles solares (garantizar operacin en ausencia de sol) Expansor de canales de entrada (multiplexor) Gabinete para instalacin en exteriores que lo proteja de humedad, corrosin y polvo Mdulo para almacenamiento de informacin (garantizar autonoma de un mes de informacin) Capacidad de telecomunicacin

Integracin del SAD (continuacin) Anemmetros (0.5 m/s). Veletas (5). Bajo costo. Piranmetros (error tpico 3%). Sensor de temperatura ambiente (sonda basada en un termistor) Sensores de temperatura de panel y banco de bateras (termopares adhesivos tipo T) Transductores de corriente, voltaje y potencia. Transductores no invasivos Aislamiento entre la entrada y la salida Sensores de corriente (shunts) 10A, 50A, 500A con salida de 50 mV Invasivos y no tienen aislamiento Presentan un poco de problema para integrarlos a los SH Mediciones de potencia en corriente directa (calculadas a partir de las muestras instantneas de voltaje y corriente y no a travs del producto de los promedios obtenidos). Gabinete para instalar los transductores de corriente, voltaje y potencia que los proteja contra corrosin, polvo y humedad.

Integracin del SAD (continuacin) Manual del equipo de medicin Manuales de los sensores en donde se especifique su conexin, excitacin, seal de salida Hojas de calibracin de los sensores y del equipo de medicin.

Elaborar la lista con los elementos que integrarn el SAD (equipo de medicin, accesorios y sensores) Elaborar el diagrama de conexiones de los sensores en el SAD Conexin directa al equipo de medicin Conexin al expansor de puertos

Programa del sistema de adquisicin de datos Intervalo de muestreo Velocidad y direccin del viento cada 2 segundos Resto de las variables cada 10 segundos Programar la medicin de cada uno de los sensores de acuerdo al diagrama de conexiones realizado Calcular las potencias en corriente directa (con las muestras instantneas de corriente y voltaje) Separar las muestras de corriente y potencia tanto de entrada como de salida (banco de bateras, red elctrica, etc.) Generar los datos de salida cada 10 minutos (se puede hacer cada hora).

Elaborar la lista de los datos a generar en el SAD cada 10 minutos

Lista de datos a generar cada 10 minutos

Variable

Dato generado

Smbolo

Unidades

Fecha (da juliano)

corriente

-

-

Hora (hora y minutos)

corriente

-

-

Irradiancia en el plano de los paneles

promedio

RSP

W/m2

Irradiancia horizontal

promedio

RSH

W/m2

Temperatura ambiente

promedio

TA

C

Velocidad del viento

promedio

VV

m/s

Direccin del viento

resultante vectorial

DV

grados N

Desviacin estndar de la velocidad del viento

desviacin estndar

(VV

m/s

Voltaje de salida de los arreglos

promedio

VFV

V

Corriente de salida de los arreglos

promedio

IFV

A

Potencia de salida de los arreglos

promedio

PFV

W

Temperatura de los paneles fotovoltaicos

promedio

TFV

C

Voltaje de salida de los aerogeneradores

promedio

VG

V


promedio

IG

A


promedio

PG

W

Velocidad del viento a la altura de los aerogeneradores

promedio

VVG

m/s

Direccin del viento a la altura de los aerogeneradores

resultante vectorial

DVG

grados N

Desviacin estndar de la velocidad del viento

desviacin estndar

(VVG

m/s


promedio

VB

V

Corriente de entrada al banco de bateras

promedio

IEB

A

Corriente de salida del banco de bateras

promedio

ISB

A

Potencia que entra al banco de bateras

promedio

PEB

W

Potencia que sale del banco de bateras

promedio

PSB

W

Temperatura del banco de bateras

promedio

TBB

C

Lista de datos a generar cada 10 minutos (continuacin)

Variable

Dato generado

Smbolo

Unidades

Voltaje de la carga

promedio

VC

V

Corriente hacia la carga

promedio

IC

A

Potencia entregada a la carga

promedio

PC

W

Potencia reactiva entregada hacia la carga

promedio

PRC

VAR

Voltaje del inversor

promedio

VI

V

Corriente de entrada al inversor

promedio

IEI

A

Corriente de salida del inversor

promedio

ISI

A

Potencia de entrada al inversor

promedio

PEI

W

Potencia de salida del inversor

promedio

PSI

W

Voltaje de salida del generador diesel o similar

promedio

VD

V

Corriente de salida del generador diesel o similar

promedio

ID

A

Potencia de salida del generador diesel o similar

promedio

PD

W

Tiempo de operacin del generador diesel o similar

totalizado

tOP

minutos

Voltaje de lnea de la red elctrica

promedio

VR

V

Corriente entregada a la red elctrica

promedio

IER

A

Corriente consumida de la red elctrica

promedio

ISR

A

Potencia real entregada a la red elctrica

promedio

PER

W

Potencia reactiva entregada a la red elctrica

promedio

PRER

VAR

Potencia real consumida de la red elctrica

promedio

PSR

W

Potencia reactiva consumida de la red elctrica

promedio

PRSR

VAR

Velocidad del viento a 10 metros

mximo

VV

m/s

Velocidad del viento a la altura de los aerogeneradores

mximo

VVG

m/s


mximo

IG

A


mximo

PG

W


mximo

VB

V


mnimo

VB

V

Pruebas del SAD antes de su instalacin (verificacin de su funcionamiento) Integrar fsicamente el SAD (conectar el equipo de medicin, accesorios y sensores) Cargar el programa de aplicacin especifica en el equipo de medicin. Verificar que mida correctamente cada una de las variables. Comparar con: Multmetros Ampermetros de gancho Analizadores de potencia o demanda elctrica Otros sensores Revisar que los equipos con los que se comparen las mediciones estn con calibracin vigente Verificar que se graben todos los datos correctamente Detectar errores de programacin Detectar errores de conexin Detectar problemas de ruido (aterrizar el blindaje de los cables del lado del equipo de medicin)

Instalacin del SAD Los gabintes deben estar fijos y colocados a la menor distancia de los sensores para evitar problemas de ruido, caidas de voltaje en cables largos y evitar una mala instalacin. El piranmetro para medir en el plano de los paneles debe estar lo ms prximo a ellos. El sensor de temperatura ambiente debe estar en el exterior y protegido contra la radiacin directa del sol. Los anemmetros y las veletas deben estar libres de obstculos a su alrededor para evitar turbulencia en ellos, de preferencia en una torre expresamente para ellos. Cuando se conecten shunts debern colocarse en la terminal negativa de los voltajes, cuando el equipo de medicin as lo requiera. Revisar rango de medicin del equipo. Numerar cables para su identificacin para facilitar eventos de conexin y desconexin. Deber usarse tubera conduit para evitar lo mayor posible algn dao a los cables. En donde no sea posible poner tubera, debern colocarse cinchos plsticos, resistentes a los rayos ultravioleta donde as sea requerido.

Operacin del SAD Recuperar los datos de preferencia cada mes. Siempre que sea posible, en los eventos de recuperacin deber revisarse el SAD para detectar problemas en el equipo de medicin y en los sensores. Cada archivo generado deber estar formado por: el nombre del lugar donde est instalado el sistema hbrido nmero consecutivo del evento de recuperacin Deber llevarse un control sobre los archivos de datos que se vayan generando haciendo un respaldo en diskette o disco compacto. Deber llevarse una bitcora en el SH en donde se reporten eventos aleatorios (fallas, reparaciones, cambio de sensores) y eventos programados (limpieza de mdulos, colocacin de sensores calibrados, etc.) Deber llevarse un control sobre los periodos de calibracin de los sensores.

Control con capacidad de adquisicin de datos del SH de Pachuca

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