Análisis del desempeño de un algoritmo Backward/Forward ajustado a una red de distribución con cargas no lineales y un sistema fotovoltaico

Context: The backward/forward (BF) algorithm is a sweep-type technique that has recently been used as a strategy for the power flow analysis of ill-conditioned networks. The purpose of this study is to evaluate the performance of the BF algorithm compared to that of a computational tool such as Simulink, with both strategies adjusted to the operating conditions of a distribution network with nonlinear components (loads and photovoltaic system), unbalanced loads, and harmonic distortion in the voltage and current signals. Method: The study case is a low-voltage distribution network with a radial topology, unbalanced loads, and nonlinear components. The BF algorithm is adjusted to consider two approaches of the Norton model: a coupled admittance matrix and a decoupled admittance matrix. The latter is also used in the network model created in Simulink. The performance of the algorithm is evaluated by analyzing 18 operation scenarios defined according to the presence and use intensity of the loads and solar irradiance levels (low and high). Results: In general, the three strategies could successfully determine the waveform and RMS values of the voltage signals with errors of less than 0,8 and 1,3%, respectively. However, the performance of the strategies for the estimation of current signals and power parameters shows errors of 5-300% depending on the level of solar irradiance at which the photovoltaic system operates. Conclusions: The results show that the BF strategy can be used to analyze unbalanced power grids with increasing penetration of renewable generation and the integration of nonlinear devices, but the performance of this strategy depends on the load model applied to represent the behavior of nonlinear devices and generation systems.Contexto: El algoritmo backward/forward (BF) es una técnica de barrido que se ha utilizado recientemente como estrategia para el análisis de flujo de energía de redes mal acondicionadas. El objetivo de este estudio es evaluar el desempeño del algoritmo BF comparado con el de una herramienta computacional como Simulink, con ambas estrategias ajustadas a las condiciones de operación de una red de distribución con componentes no lineales (cargas y sistema fotovoltaico), desbalance en las cargas y distorsión armónica en tensión y corriente. Método: El caso de estudio es una red de distribución de baja tensión con topología radial, cargas desequilibradas y componentes no lineales. El algoritmo BF se ajusta para considerar dos enfoques del modelo Norton: matriz de admitancia acoplada y matriz de admitancia desacoplada. Este último también se utiliza en el modelo de red creado en Simulink. El desempeño del algoritmo se evalúa mediante el análisis de 18 escenarios de funcionamiento definidos según la presencia e intensidad de uso de las cargas y los niveles de irradiancia solar (baja y alta). Resultados: En general, las tres estrategias podrían determinar con éxito los valores de forma de onda y RMS de las señales de tensión con errores menores de 0,8 y 1,3 % respectivamente. Sin embargo, el desempeño de las estrategias para la estimación de señales de corriente y parámetros de potencia presenta errores de 5-300 % dependiendo del nivel de irradiancia solar en el cual el sistema fotovoltaico se encuentre operando. Conclusiones: Los resultados muestran que la estrategia BF se puede utilizar para analizar redes eléctricas desbalanceadas con creciente penetración de generación renovable e integración de dispositivos no lineales, pero el rendimiento de la misma depende del modelo de carga aplicado para representar el comportamiento de los dispositivos no lineales y de los sistemas de generación

Análisis de metodologías para el cálculo de la ampacidad en conductores desnudos

In  this  paper,  the  authors  present  the most  important  considerations,  achievements  and  contributions  that  they achieve  through  the  experimental  and  theoretic  analysis  that  they  did  about  the methodologies  to  estimate  the Ampacity Rating  in Overhead conductors  propose  to  IEEE  and CIGRÉ  investigation  groups. Additionally  the authors present an analysis about the application of these methodologies in the Colombian’s electrical service.En este artículo se presentan las principales consideraciones, logros y aportes obtenidos de los análisis teóricos y experimentales de las metodologías del IEEE y el CIGRÉ para el cálculo de la ampacidad en conductores desnudos  y su aplicación al sector eléctrico colombiano

Quality of electrical energy: design and construction of a prototype alternative for the monitoring of interruptions and tension falls

This article presents design and implementation of a prototype for recording interruptions and voltage sags which is intended as a low cost alternative in order to accomplish voltage waveform quality studies in distribution systems. This paper initially deals with some definitions related with power quality and then the prototype design and construction process is described in general terms. The achieved device consists of a data acquisition system and a graphical user interface which allows analyzing and specifying voltage levels for disturbance recording.En el presente artículo se presenta el diseño e implementación de un prototipo de un equipo registrador de interrupciones y caídas de tensión, que se presenta como una alternativa de bajo costo para realizar estudios de la calidad de la onda de tensión en las redes de distribución. Este documento en primera instancia abordará algunas definiciones relacionadas con la calidad de la energía y posteriormente describirá en forma general el diseño y la construcción del prototipo que registra dos perturbaciones de la onda de tensión como son las interrupciones y las caídas de tensión. El equipo consta de un sistema de adquisición de datos y una interfaz gráfica con el usuario que permite analizar y especificar los niveles de tensión para el registro de las perturbaciones

Análisis de metodologías para el cálculo de la ampacidad en conductores desnudos

In  this  paper,  the  authors  present  the most  important  considerations,  achievements  and  contributions  that  they achieve  through  the  experimental  and  theoretic  analysis  that  they  did  about  the methodologies  to  estimate  the Ampacity Rating  in Overhead conductors  propose  to  IEEE  and CIGRÉ  investigation  groups. Additionally  the authors present an analysis about the application of these methodologies in the Colombian’s electrical service.En este artículo se presentan las principales consideraciones, logros y aportes obtenidos de los análisis teóricos y experimentales de las metodologías del IEEE y el CIGRÉ para el cálculo de la ampacidad en conductores desnudos  y su aplicación al sector eléctrico colombiano

Methodological tool for energy evaluation through simulation of buildings in the tropic

The interpretation of results is a barrier that prevents the use of Building Energy Simulation Tools - BEST in the process of building design. This creates special requirements of experience and knowledge in BEST users, restricting their use to expert professionals. To facilitate that users with low experience can carry out the evaluation of the energy performance of tropical buildings, it was established a methodological tool based on a benchmarking by indicators. As reference values, it was defined Resolution 0549 of 2015 (Colombia) as baseline and ASHRAE 90.1 as the reference building. This tool was applied to evaluate the energy performance of three buildings, two of university type and one residential. The results indicate that the use of this tool aids to improve quality of the results and reduce the time required for analysis.La interpretación de resultados es una barrera que impide el uso frecuente de herramientas de simulación energética -  HSE en el proceso de diseño de edificaciones. Además, crea requerimientos especiales de experiencia y conocimiento en los usuarios de las HSE, restringiendo su uso a profesionales expertos. Para facilitar en los usuarios menos experimentados la evaluación del desempeño energético de edificaciones tropicales se estableció una herramienta metodológica fundamentada en la evaluación comparativa por indicadores.  Como valores de referencia, se adoptaron la línea base de la Resolución 0549 de 2015 (Colombia) y el edificio de referencia de la ASHRAE 90.1. Dicha herramienta permitió evaluar el desempeño energético de tres edificaciones, dos de tipo universitario y una residencial. A partir del uso esta herramienta se logró mejoras en el tiempo y la calidad de los resultados

Determinación de parámetros de métodos de matriz de admitancia acoplada y desacoplada del modelo Equivalente Norton para extractor de aire

Context: Studies carried out in low voltage networks have explored the modeling of linear single-phase loads (such as motors) and non-linear ones (such as those based on power electronics). However, induction motors exhibit non-linear characteristics between voltage and current due to the saturation of their magnetic parts. Therefore, it is necessary to study induction motors in the frequency domain with a model that allows reviewing the characteristic nonlinearity of their voltage-current interaction. Methodology: This article presents the frequency domain modeling of a single-phase induction motor used as a silent air extractor (127 V, 60 Hz, 66 W), which presents a capacitive behavior (fp = 0,93 in leading) and harmonic distortion due to a third-order component (7,0%) when fed with a pure sinusoidal voltage of 127 V. Results: This work establishes the parameters of two approaches to the Norton equivalent model (coupled and decoupled admittance matrix) which are used to estimate the distorted current signal and the values ​​of consumed active and non-active power. The results show comparisons errors of P, Q, THDi, and NRMSE indices of less than 7, 4, 14, and 3%, respectively. Conclusions: The parameters of the Norton equivalent model estimated for the single-phase induction motor allow calculating the current signal with a high degree of precision. This signal exhibits nonlinear characteristics and a capacitive behavior due to the permanent presence of a capacitor aiding the start and operation of the engine.Contexto: Estudios realizados en redes de baja tensión han explorado el modelado de cargas monofásicas lineales (como motores) y no lineales (como dispositivos basados en electrónica de potencia). No obstante, los motores de inducción presentan características no lineales entre tensión y corriente debido a la saturación de sus partes magnéticas. Por ello es necesario estudiar el motor de inducción en el dominio de la frecuencia con un modelo que permita revisar la no linealidad característica de su interacción tensión-corriente. Metodología: Este artículo presenta el modelado en el dominio de la frecuencia de un motor de inducción monofásico usado como extractor de aire silencioso (127 V, 60 Hz, 66 W), el cual presenta un comportamiento capacitivo (fp = 0,93 en adelanto) y distorsión armónica debido a una componente del tercer orden (7,0 %) al ser alimentado con una tensión sinusoidal pura de 127 V. Resultados: Este trabajo establece los parámetros de dos enfoques del modelo equivalente de Norton (matriz de admitancias acoplada y desacoplada) usados para estimar la señal de corriente distorsionada y los valores de potencia activa y no activa consumidas. Los resultados muestran errores de comparación de P, Q, índices THDi y NRMSE menores al 7, 4, 14 y 3% respectivamente. Conclusiones: Los parámetros del modelo equivalente de Norton estimados para el motor de inducción monofásico permiten calcular con un alto grado de precisión la señal de corriente, la cual presenta características no lineales y un comportamiento capacitivo por la presencia permanente de un capacitor que ayuda al arranque y funcionamiento del motor

Analytical and experimental discussion of a circuit-based model for compact fluorescent lamps in a 60Hz power grid

This article presents an analysis and discussion on the performance of a circuit-based model for Compact Fluorescent Lamps (CFL) in a 120V 60Hz power grid. This model is proposed and validated in previous scientific literature for CFLs in 230V 50Hz systems. Nevertheless, the derivation of this model is not straightforward to follow and its performance in 120V 60Hz systems is a matter of research work. In this paper, the analytical derivation of this CFL model is presented in detail and its performance is discussed when predicting the current of a CFL designed to operate in a 120V 60Hz electrical system. The derived model is separately implemented in both MATLAB® and ATP-EMTP® software using two different sets of parameters previously proposed for 230V 50Hz CFLs. These simulation results are compared against laboratory measurements using a programmable AC voltage source. The measurements and simulations considered seven CFLs 110/127V 60Hz with different power ratings supplied by a sinusoidal (not distorted) voltage source. The simulations under these conditions do not properly predict the current measurements and therefore the set of parameters and/or the model itself need to be adjusted for 120V 60Hz power grids.En este artículo se presenta un análisis y una discusión sobre el  comportamiento de un modelo circuital para lámparas fluorescentes compactas (CFL) en una red eléctrica de 120V 60Hz. Este modelo es propuesto y validado en trabajos previos para lámparas fluorescentes compactas en sistemas de 230V 50Hz. Sin embargo, la derivación de este modelo no es fácil de seguir y su desempeño en una red de 120V 60Hz es materia de investigación. En este trabajo, la derivación analítica de este modelo de CFL se presenta en detalle y se discute su desempeño en la predicción de la corriente consumida por una CFL en un sistema eléctrico de 120V 60Hz. El modelo derivado es implementado tanto en MATLAB® como en ATP-EMTP®, utilizando dos diferentes conjuntos de parámetros previamente propuestos para lámparas fluorescentes compactas en 230V 50Hz. Estos resultados de simulación se comparan con mediciones de laboratorio obtenidas utilizando una fuente de tensión alterna programable. Las mediciones y simulaciones consideran siete lámparas fluorescentes compactas 110/127V 60Hz con diferentes  potencias alimentadas por una fuente de tensión sinusoidal (no distorsionada). Las simulaciones bajo estas condiciones no predicen adecuadamente las mediciones realizadas y por lo tanto el conjunto de parámetros y/o el modelo necesitan ser ajustados para redes eléctricas de 120V 60Hz

Beneficios financieros y medioambientales de los sistemas de distribución activos

Con el fin de identificar el rol y la importancia de la integración de fuentes locales de energía renovable en sistemas de distribución, se presenta una revisión sobre las formas en las que los Sistemas de Distribución Activos pueden capturar beneficios provenientes de este tipo de fuentes. Además, se introducen los conceptos básicos de dos herramientas del área de la economía que pueden ayudar en la valoración medioambiental de proyectos de generación renovable local; y se presenta una discusión sobre el papel de las monedas basadas en energía para el desarrollo de las energías renovables. Como conclusión se tiene que gracias a la aparición de conceptos como el “prosumer” y tecnologías emergentes como las monedas digitales, es posible darle viabilidad financiera y económica a la generación local de energías renovables con ayuda de los Sistemas Activos de DistribuciónTo identify the role and importance of local renewable energy resource integration on power distribution systems, this work presents a survey on how Active Distribution Systems capture benefits from this kind of energy resources. Also, this paper introduces the basic concepts of two economic tools that can help in the environmental valuation of local renewable energy projects, along with a discussion on the role of energy currencies in the development of renewable energy. As a conclusion, thanks to the advent of concepts such as “prosumer” and emergent technologies such as digital currencies, it is possible to achieve financial and economic viability for local renewable energy projects with the aid of Active Distribution Networks

Performance Analysis of a Backward/Forward Algorithm Adjusted to a Distribution Network with Nonlinear Loads and a Photovoltaic System

Context: The backward/forward (BF) algorithm is a sweep-type technique that has recently been used as a strategy for the power flow analysis of ill-conditioned networks. The purpose of this study is to evaluate the performance of the BF algorithm compared to that of a computational tool such as Simulink, with both strategies adjusted to the operating conditions of a distribution network with nonlinear components (loads and photovoltaic system), unbalanced loads, and harmonic distortion in the voltage and current signals. Method: The study case is a low-voltage distribution network with a radial topology, unbalanced loads, and nonlinear components. The BF algorithm is adjusted to consider two approaches of the Norton model: a coupled admittance matrix and a decoupled admittance matrix. The latter is also used in the network model created in Simulink. The performance of the algorithm is evaluated by analyzing 18 operation scenarios defined according to the presence and use intensity of the loads and solar irradiance levels (low and high). Results: In general, the three strategies could successfully determine the waveform and RMS values of the voltage signals with errors of less than 0,8 and 1,3%, respectively. However, the performance of the strategies for the estimation of current signals and power parameters shows errors of 5-300% depending on the level of solar irradiance at which the photovoltaic system operates. Conclusions: The results show that the BF strategy can be used to analyze unbalanced power grids with increasing penetration of renewable generation and the integration of nonlinear devices, but the performance of this strategy depends on the load model applied to represent the behavior of nonlinear devices and generation systems

INSTALACIÓN DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO EN EL EDIFICIO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA DE LA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

La instalación de un sistema fotovoltaico del Edificio de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Industrial de Santander, se llevó a cabo atendiendo la necesidad de una transición energética hacia sistemas de generación de energía eléctrica con fuentes no convencionales de energía renovable; por lo anterior, en la terraza superior del Edificio se cuenta con 37 paneles fotovoltaicos para una capacidad instalada total de 9,63 kW. El sistema fotovoltaico se diseñó para ser un laboratorio vivo, con lo cual, la instalación permite monitorizar los paneles FV de forma individual para investigar comportamiento térmico, interacción con horticultura y techos verdes, entre otros. Además, se contó con la instalación de medidores inteligentes en el sistema fotovoltaico, capaces de registrar y medir en tiempo real hasta 300 variables eléctricas