Clasificación de riesgos de colapso de tensión basados en el estudio de comportamientos de cargas

La inestabilidad de tensión es uno de los principales causantes de los colapsos que han ocurrido en el mundo. Las consecuencias relacionadas a estos apagones generan un gran impacto económico y social en un país. Esto se debido, al incremento de la demanda de energía eléctrica, incursión de tecnologías, generación alejada de los puntos de consumo, topología del sistema, falla en los esquemas de control . Además, estos sistemas son no lineales y complejos ya que la demanda y la generación está compuesta por diversos tipos de elementos que generan comportamientos no lineales y debido a esto no es posible predecir con exactitud su variación. Es importante tener conocimiento del riesgo de colapso de tensión de acuerdo con las variaciones de potencia activa y reactiva, ya que, permite a los operadores tomar acciones oportunas y conocer cuales variaciones en la carga generan más riesgo que otras para evitar llegar al apagón Este trabajo tiene como objetivo identificar los riesgos de colapsos de tensión de acuerdo con la variación de la potencia activa y reactiva en los nodos. Se consideraron distintos tipos de carga y generación para conocer cómo afecta el comportamiento de la carga en un sistema de 4 barras. Luego se implementaron los casos de estudio de IEEE 9 y 14 barras para identificar las condiciones iniciales, nodos sensibles y las variaciones de potencia activa y reactiva críticas del sistema. Finalmente teniendo en cuenta esas condiciones se realizó la clasificación del riesgo usado identificación de patrones con las redes neuronales y un análisis de datos. Con este trabajo se identificó que tipo de generadores generan más vulnerabilidades en el sistema ante cambios de carga. Con las lecturas de las PMU e identificando el patrón de comportamiento de estas frente a múltiples escenarios, es posible establecer índices, como la separación de las trayectorias, para generar criterios de riesgo del sistema.Abstract: Voltage instability is one of the main causes of the collapses that have occurred in the world. The onsequences associated with these blackouts in a country are a great eco nomic and social impact. This is due to the increase in the demand for electrical energy, the incursion of technologies, generation away from points of consumption, topology of the system and failure in the control schemes. In addition, these systems are nonlinear and complex because of the demand and generation are composed of different types of elements that generate a dynamic behavior and the combination of these causes many uncertainties in the variation to be studied. It is important to be aware of the risk of voltage collapse according to the variations of active and reactive power, since it allows the operators to take timely actions and know what load variations are riskier than others to prevent them from reaching the blackouts. The purpose of this work is to identify the risks of voltage collapses according to the variation of the active and reactive power in the nodes. Different types of load and generation were considered to know how the load behavior affects a simple system of 4 buses . Then the study cases chosen were the IEEE 9 and 14 bus test system. These systems were employed to identify the initial conditions, sensitive nodes and the variations of critical active and reactive power of the system. Finally, with diverse simulations, the risk classification was dade using neural networks and a data analysis. This research identified what type of generators generate more vulnerabilities in the system to load changes. With the lectures of the phasor measurement unit and identifying the behavior pattern of these in front of multiple scenarios, it is possible to establish indexes, such as the separation of trajectories, to generate system risk criteria.Maestrí

Estudio de cargabilidad del sistema de subtransmisión a 69kv Ambato – Latacunga para determinar las condiciones de operación.

In the present research work, a chargeability analysis of the 69kV Ambato - Latacunga subtransmission line was carried out to determine the operating conditions such as voltage levels and power factor in each bar and comparing its current state with the ARCONEL regulations. 053 / 18 where it was verified if their values are within the levels established by this regulation, for which the modeling of the electrical system was carried out with the help of the Digsilent power factory software and through simulations it was determined that it is happening when conditions occur. At maximum, average and minimum demand, the voltage variation and the power factor do not comply with the limits established in the regulations, for which the analysis was carried out of what mitigation measures for voltage collapse problems can be suggested to improve the profiles. of voltage as well as the type and power of SVC that should be installed to automatically compensate the factor of power.En el presente trabajo de investigación se realizó un análisis de cargabilidad de la línea de subtransmisión a 69kV Ambato – Latacunga para determinar las condiciones de operación como son los niveles de voltaje y factor de potencia en cada barra y comparando su estado actual con la normativa ARCONEL 053 / 18 en donde se verificó si sus valores están dentro de los niveles establecidos por esta normativa para lo que se realizó el modelamiento del sistema eléctrico con ayuda del software Digsilent power factory y por medio de simulaciones se determinó que está sucediendo cuando se presentan condiciones a demanda máxima, media y mínima, la variación de voltaje y el factor de potencia no cumplen con los límites establecidos en la normativa para que se realizó el análisis de que medidas de mitigación de problemas de colapsos de voltaje se puede sugerir para mejorar los perfiles de voltaje así como el tipo y potencia de SVC que se debería instalar para compensar automáticamente el factor de potencia

Ubicación y dimensionamiento óptimo de generación distribuida en sistemas de distribución utilizando técnicas heurísticas basadas en escenarios de demanda

El presente artículo establece una metodología para la ubicación y dimensionamiento óptimo de las unidades de Generación Distribuida (GD) usando técnicas heurísticas, para esto se consideró la energía eólica y solar como fuentes primarias de energía para la generación voltaje en un sistema eléctrico de distribución, logrando resolver variables como perfil de voltaje y pérdidas del sistema. El propósito es encontrar la mejor capacidad y ubicación fija adecuada para la GD, a fin garantizar que la GD se utilice para el funcionamiento correcto del sistema ante cualquier escenario de demanda. Posteriormente, se aplicó un algoritmo de optimización que está asociado al cumplimiento de las restricciones de balance de potencia y al cumplimiento de los límites teóricos de las variables de calidad y eficiencia para escenarios de mínima, media y máxima demanda, implementando límites teóricos para las variables de calidad y eficiencia. De esta manera, el algoritmo de optimización permitió resolver el problema seleccionando la mejor barra y la capacidad de la generación distribuida, para instalar en los modelos IEEE 13 y 34 Barras. Con este fin, la función objetivo trata de minimizar los costos asociados con producción de energía. Por lo expuesto, los resultados obtenidos se verificaron mediante simulación con la ayuda del software DigSilent Power Factory. Para la implementación del algoritmo de optimización y descripción de métricas y resultados se empleó los softwares GAMS y Matlab.This article establishes a methodology for the optimal location and dimensioning of Distributed Generation (GD) units using heuristic techniques. For this, wind and solar energy are considered as primary sources of energy for the generation of voltage in an electrical system of distribution, managing to solve variables such as voltage profile and system losses. The purpose is to find the best capacity and suitable fixed location for the GD, in order to identify the GD, it is used for the correct operation of the system in any demand scenario. Subsequently, an optimization algorithm was applied that is associated with compliance with the power balance restrictions and with compliance with the limits of the quality and efficiency variables for the minimum, means and maximum demand limitations, the implementation of theory for quality and efficiency variables. In this way, the optimization algorithm solved the problem by selecting the best bus and the capacity of the distributed generation, to install in the IEEE 13 and 34 Bus models. To this end, the objective function tries to minimize the costs associated with energy production. For these reasons, the results obtained are verified by simulation with the help of DigSilent Power Factory software. For the implementation of the optimization algorithm and description of metrics and results, the GAMS and Matlab software were used

Mejora del margen de estabilidad de tensión en sistemas de potencia basado en la ubicación óptima de SVC

La investigación en curso describe el procedimiento lógico para la mejora del margen de estabilidad de tensión en sistemas de potencia en base a la ubicación optima de dispositivos SVC, para ello se divide al sistema en áreas de control analizando la matriz de sensibilidad, aplicando el criterio de distancia eléctrica y una técnica de aprendizaje no supervisado (K-Means), obteniendo áreas débilmente acopladas entre sí. La ubicación de SVC en todas las barras de las áreas resultantes implica un costo muy elevado, por lo que se plantea una ubicación optima en base a la optimización del costo asociado a la instalación del dispositivo SVC en cada nodo del sistema, logrando obtener un redireccionamiento del flujo de potencia con el menor número de dispositivos posible. El método se adecua para los modelos demostrativos IEEE de 30, 14 y 9 barras con el fin de comprobar su efectividad, empleando el software GAMS y posteriormente DIgSILENT para la comparación de resultados. Se logra ubicar los dispositivos SVC de forma óptima en cada área de control, minimizando costos, mejorando perfiles de tensión, así como sus ángulos, la potencia real y la potencia reactiva se redistribuyen para perfeccionar el rango de estabilidad de los perfiles de tensión.The ongoing investigation describes the logical procedure to improve the voltage stability margin in power systems based on the optimal location of SVC devices, for which the system is divided into control areas, analyzing the sensitivity matrix, applying the criteria electric distance and an unsupervised learning technique (K-Means), obtaining areas that are weakly coupled to each other. The location of SVC in all the bars of the resulting areas implies a very high cost, which is why an optimal location is proposed based on the optimization of the cost associated with the installation of the SVC device at each node of the system, achieving a redirection of power flow with as few devices as possible. The method is suitable for IEEE 30, 14 and 9 bar demonstration models in order to verify its effectiveness, using the GAMS software and later DIgSILENT for the comparison of results. The SVC devices are optimally located in each control area, minimizing costs, improving voltage profiles, as well as their angles, real power and reactive power are redistributed to improve the stability range of the voltage profiles

Control de vibraciones en estructuras flexibles mediante amortiguadores de masa pasivos, adaptativos, semiactivos y activos

Muchas de las estructuras que nos rodean y que en algunos casos usamos de manera habitual en nuestro discurrir diario son estructuras esbeltas. Ejemplos de estas, son estructuras civiles como puentes, pasarelas peatonales, rascacielos y chimeneas industriales, o estructuras metálicas como las grúas torre y las torres de aerogeneradores entre otras muchas. Una característica común en la mayoría de estas es que se mueven o vibran cuando están sometidas a cargas dinámicas bien de naturaleza medioambiental (viento, terremotos,…) o debidas al tráfico rodado y peatonal que circula por ellas. Cuando las propiedades modales de las estructuras están dentro del espectro de frecuencias de las cargas dinámicas y las estructuras entran en resonancia con dichas cargas, el nivel de vibraciones que experimentan las estructuras puede condicionar su uso y en un último caso su integridad. El objetivo de la tesis es el de aunar y dar una guion conductor a los estudios realizados de forma individual y en colaboración en los últimos años dentro de la temática de análisis y control de vibraciones en estructuras esbeltas principalmente civiles y más concretamente en pasarelas peatonales. La gran mayoría de los estudios han sido realizados en la Fundación CARTIF en colaboración con la UVA como parte de proyectos de investigación de convocatorias nacionales, así como estudios internos. El objetivo de dichos estudios fue el desarrollo e implementación de nuevas estrategias para el análisis de vibraciones, la estimación de los parámetros modales y el diseño e implementación de controles de vibración basados en amortiguadores de masa de naturaleza pasiva, adaptativa, semiactiva y activa.Departamento de Construcciones Arquitectónicas, Ingeniería del Terreno y Mecánica de los Medios Continuos y Teoría de EstructurasDoctorado en Ingeniería Industria

Análisis de estabilidad de pequeña señal de microrredes conectadas a sistemas de distribución.

As the level of electricity production from non-conventional sources has increased, and their incorporation into the electric distribution systems has generated greater uncertainty and concern about the alterations they cause in the angular stability of conventional systems. In this project, a small signal stability analysis of microgrids connected to distribution systems is performed. First of all, a bibliographic compilation of the small signal stability analysis when incorporating a Microgrid to a conventional distribution system was carried out. Subsequently, 2 case studies proposed in the IEEE standard were selected, of 9 and 14 bars, from these 2 scenarios were proposed, in the first one applying the modal analysis an algorithm is implemented in Matlab, where renewable generation sources are not incorporated, only conventional sources are used, in order to be used as a reference for the following proposed scenario. Next, to validate the results obtained, a simulation was performed in the DIgSILENT PoweFactory software, for which the IEEE Type I excitation system was modeled, since it is not available in the libraries of the tool used. On the other hand, the second scenario simulates the case studies, in which renewable generation is introduced to the system. Finally, the results obtained show that the incorporation of microgrids to conventional systems that are poorly damped has a negative impact on the damping level of the system.A medida que ha aumentado el nivel de producción de energía eléctrica a partir de fuentes no convencionales, y su incorporación en los sistemas eléctricos de distribución, han generado mayor incertidumbre y preocupación por las alteraciones que provocan en la estabilidad angular de los sistemas convencionales. En este proyecto se realiza el análisis de estabilidad de pequeña señal de Microrredes conectadas a sistemas de distribución. En primera instancia se realizó una recopilación bibliográfica del análisis de estabilidad de pequeña señal al incorporar una Microrred a un sistema de distribución convencional. Posteriormente se seleccionó 2 casos de estudio propuestos en el estándar IEEE, de 9 y 14 barras, a partir de estos se plantearon 2 escenarios, en el primero aplicando el análisis modal se implementa un algoritmo en Matlab, donde no se incorporan fuentes de generación renovable, únicamente se emplean fuentes convencionales, con la finalidad de usar cómo referencia para el siguiente escenario propuesto. A continuación, para validar los resultados obtenidos se realizó una simulación en el software DIgSILENT PoweFactory, para lo cual se modeló el sistema de excitación IEEE Tipo I, debido que no se encuentra disponible en las librerías de la herramienta utilizada. Por otra parte, en el segundo escenario se simulan los casos de estudio, en los que se introduce la generación renovable al sistema. Finalmente, los resultados obtenidos muestran que la incorporación de Microrredes a sistemas convencionales poco amortiguados tiene un impacto negativo en el nivel de amortiguamiento del sistema

Identificacion y control de sistemas estocasticos con observaciones incompletas mediante modelos neurodifusos

En la práctica, los sistemas físicos obedecen a una dinámica multivariada e interactuante, que fácilmente es influenciada, perturbada o integrada por incertidumbres de diversas clases, las cuales inducen naturaleza estocástica al proceso global y algunas veces llegan a afectar la completitud de los datos. En esta tesis se presenta una metodología para la identificación y control de sistemas estocásticos con observaciones incompletas mediante modelos neuro-difusos. En particular, se desarrolla el análisis de la dinámica de un vehículo operado remotamente (ROV, Remotely Operated Vehicle) para aplicaciones submarinas, con el fin de determinar el modelo matemático y obtener simulaciones de la respuesta natural del sistema. Adicionalmente, se emplea un mecanismo de identificación del proceso mediante un modelo neuronal y otro neuro-difuso, los cuales se integran con un esquema de reducción de perturbaciones estocásticas para sobreponer las observaciones incompletas que residan en el proceso operativo. Finalmente, se propone un modelo neuro-difuso (ANFIS, Adaptive neuro fuzzy inference system) para controlar el sistema y se compara con el desempeño de una red neuronal con múltiples elementos Adaline (MADALINE, Multiple Adaline) con el fin de analizar las ventajas que ofrece la inclusión de conocimiento mediante reglas de inferencia difusa. Los resultados experimentales mostraron que se logró la controlabilidad del sistema llevándolo a un estado globalmente atractivo en el sentido de Lyapunov. Se pudo concluir que gracias a la capacidad de adaptación y contenencia de conocimiento lingüístico de los modelos neuro-difusos, el desempeño de control tuvo mayor rendimiento en términos de precisión y robustez, al compararlo con el modelo neuronal en aplicaciones operativas del ROV. Se destaca además la facilidad que tienen los modelos neuro-difusos para ser ampliamente potenciados mediante la integración de otros esquemas de procesamiento, dados los asuntos que quedaron pendientes en relación al error de estado estable y las perturbaciones ocasionadas por la interacción de los componentes.Magister en Automatización y Contro

Diagnóstico estructural utilizando análisis modal operacional en edificaciones históricas; caso: templo de San Francisco de Asis de Marcapata provincia de Quispicanchis-Cusco

El Análisis Modal Operacional (OMA) es una herramienta utilizada para la identificación de características dinámicas de distintos tipos de estructuras. Este método consiste en la determinación de parámetros modales (frecuencias naturales, coeficientes de amortiguamiento y formas modales) mediante ensayos no destructivos, donde se toman mediciones de las vibraciones de la estructura cuya fuente de excitación es de origen ambiental. El caso de estudio en esta investigación es el Templo de San Francisco de Asís de Marcapata, donde se realizaron ensayos experimentales de identificación modal en el atrio lateral, los cuales fueron procesados en el programa ARTeMIS Modal Pro. Además, se realizó un modelo numérico del templo en el programa SAP2000, considerando los muros de mampostería de piedra y estructuras de madera. A partir del modelo numérico y los resultados de los ensayos experimentales, se calcula el coeficiente de semejanza modal MAC (Modal Assurance Criterium), para realizar el proceso de calibración del modelo numérico. Los ensayos experimentales permitieron determinar parámetros modales de la estructura, principalmente en el primer y tercer modo de vibración, con frecuencias de 3.2 y 6.15 Hz respectivamente. Estos parámetros modales determinan la función objetivo del proceso de calibración, en el cual se obtuvieron coeficientes de semejanza modal MAC de 0.95 para el primer modo de vibración y 0.85 para el tercer modo de vibración

Diseño y construcción de un patinete eléctrico de montaña para la movilidad conveniente a la topografía de la ciudad de Ambato

El objetivo de este proyecto de investigación fue diseñar un patinete eléctrico de montaña mediante la utilización de un software CAD para alcanzar mejores prestaciones en comparación a los existentes en el mercado; se realizaron diversas simulaciones y pruebas de campo en donde se seleccionó el mejor prototipo. En el diseño del patinete eléctrico se utilizó el método investigativo con el fin de conocer el tipo de material necesario para su construcción al igual que se realizaron estudios con el propósito de seleccionar los mejores componentes electrónicos para su ensamblaje, también se realizaron varias simulaciones en las cuales se determinó un diseño óptimo con la intención de mejorar el rendimiento, además se comparó el desempeño del prototipo por medio de pruebas de campo, tomando en cuenta el terreno demográfico de la ciudad de Ambato para ello se tomaron diversas rutas con diferentes vehículos de movilidad eléctrica en donde se analizó los resultados de cada prueba. Se modeló geométricamente el bastidor examinado por software CAD, luego mediante operaciones matemáticas se resolvió la selección de los componentes como la batería, motor y controlador. El prototipo también utilizó una suspensión de aire delantera de bicicletas. Después de que se obtuvieron todos los parámetros y se seleccionó los componentes, se procedió a su construcción en el que mediante pruebas de campo se validó el prototipo, en donde se logró curvas de velocidad del patinete eléctrico en operación, también se obtuvieron datos de la comparación con un scooter eléctrico. Se concluye que el patinete eléctrico es una solución para la congestión vehicular y es de gran ayuda para reducir la huella de contaminación en el mundo. Se recomienda en las comparaciones de prestaciones utilizar más vehículos de movilidad eléctrica con el fin de obtener resultados considerables para determinar la mejor opción.The objective of this research project was to design an electric mountain scooter by using CAD software to achieve better performance compared to those on the market. Various simulations and field tests were carried out where the best prototype was selected. The research method was used in the design of the electric scooter to know the type of material necessary for its construction. As well as studies with the purpose of selecting the best electronic components for its assembly, several simulations were also carried out in which an optimal design was determined with the intention of improving performance. In addition, the prototype performance was compared through field tests, taking into account the demographic terrain of Ambato city. Various routes were taken with different electric mobility vehicles where the results of each test were analyzed. The frame examined by CAD software was geometrically modeled, then the selection of components such as battery, motor and controller was resolved through mathematical operations. The prototype also used a bicycle front air suspension. After all the parameters were obtained, and the components were selected, its construction proceeded in which the prototype was validated through field tests, where speed curves of the electric scooter in operation were achieved, data from the comparison with an electric scooter. It is concluded that the electric scooter is a solution for vehicular congestion and is of great help to reduce the pollution footprint in the world. It is recommended in performance comparisons to use more electric mobility vehicles in order to obtain considerable results to determine the best option

Propuesta para la identificación y monitoreo de áreas débiles con relación a la estabilidad de tensión en sistemas eléctricos de potencia

El monitoreo permanente es indispensable en los sistemas eléctricos de potencia, para determinar si éstos se encuentran funcionando dentro de los estándares y límites de seguridad establecidos, para mantener adecuadamente su estabilidad. Por lo tanto, se debe suministrar a los operadores del sistema eléctrico de potencia, herramientas adecuadas, de fácil implementación y utilización, que permitan definir oportunamente las acciones pertinentes de prevención y/o control. Por esta razón, en esta tesis se propone una metodología basada en técnicas de aprendizaje de máquina, que emplea mediciones del sistema de potencia, para la identificación de áreas sensibles o críticas, donde existen altos riesgos de experimentar problemas de estabilidad de tensión. Inicialmente, para la determinación de la condición de operación del sistema y basado en una extensa revisión bibliográfica, se propone un nuevo índice denominado SVSI (Simplified Voltage Stability Index), el cual emplea la topología y las mediciones del sistema eléctrico de potencia, para determinar la estabilidad de tensión en las barras. El principal aporte del índice propuesto está asociado con la utilización de la matriz distancia eléctrica relativa y de factores de sensibilidad basados en variables del sistema eléctrico de potencia. Esta propuesta permite el cálculo rápido de un índice y con un bajo costo computacional, comparado con otras propuestas. Posteriormente, con la informacion suministrada por el índice propuesto y mediante la utilización de técnicas asociadas con campos como la minería de datos y del aprendizaje de máquina, se desarrolla un esquema de identificación y monitoreo en línea de áreas débiles o críticas en estabilidad de tensión, basado solo en mediciones eléctricas en el sistema. La validación de las propuestas obtenidas como consecuencia del desarrollo de esta investigación, se realiza mediante la aplicación exitosa en los sistemas eléctricos de potencia IEEE de 14, 30 y 118 barrasAbstract : Nowadays, the power systems are being operated at the boundaries of the safe region, and then the probability of occurrence of stability problems is high. In case of dangerous events, the system operators require of a timely situational awareness to have enough of time to determine the best corrective controls, which help to assure the power system security. This thesis proposes a methodology based on machine learning techniques, which uses measurements for the identification of sensitive or critical areas where exist a high risk of experience voltage stability problems. Initially, to determine the operating condition of the analized power system system and based on an extensive literature review, a new index called SVSI (Simplified Voltage Stability Index) is proposed, using only the system topology and power system measurements. The main contribution of the proposed index is associated with the use of relative electrical distance matrix and sensitivity factors based on the variables of the power system. This proposal allows the fast calculation of an index and has a low computational cost compared to other proposals. Next and by using the information supplied by the proposed index and also techniques from data mining and learning machine areas, an online identification and monitoring system is developed, using only measurements of power system variables. The validation of the proposals obtained as a result of the development of this research, is performed by the succesful application at the electric power systems identified as IEEE 14, 30 and 118 busesDoctorad