Control de sistemas Hibridos.ppt
- 1. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Control de sistemas híbridos Medición de parámetros de interés (instrumentación de sistemas híbridos)
- 2. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Configuración de un sistema híbrido Arreglos fotovoltaicos Aerogeneradores Control electrónico Generador diesel o similar Red eléctrica Carga Banco de baterías Inversores
- 3. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Funciones del control Proteger el banco de baterías • De sobrecarga cuando está al 100% de estado de carga • Sobredescarga del banco de baterías cuando su estado de carga es bajo Conectar y desconectar los diferentes elementos del sistema con objeto de administrar la generación eléctrica solar, eólica, etc. y del grupo electrógeno Monitoreo de las variables (adquisición de datos)
- 4. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Maximice la generación solar, eólica, etc. Reduzca al mínimo la generación del grupo electrógeno Reduzca las pérdidas por conversión de energía eléctrica a química y viceversa. Asegure la continuidad en la energización de la carga y Disminuya al máximo el autoconsumo de energía por parte del control Puntos deseados en el control para la operación óptima del sistema híbrido
- 5. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Diversos tipos de controles: Diseño dedicado expresamente para el sistema híbrido (desarrollado a base de tarjetas electrónicas para manejar los relevadores (mecánicos o de estado sólido) contenidos en un tablero de poder (tipo 1). Diseño igual al anterior pero con capacidad de adquisición de datos (tipo 2). Integración de un control para el sistema hibrido basado en un sistema comercial (tipo 3). Integración de un control para el SH con capacidad de adquisición de datos basado en un sistema comercial (tipo 4) Problemas encontrados en los controles tipo 2: • Los desarrollos propios son difíciles 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 información. • Comunicación permanente con una computadora personal (con mayor tendencia a fallar).
- 6. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE CONTROL ELECTRÓNICO (CON ADQUISICIÓN DE DATOS) Sensores de corriente (generadas, consumidas y neta del banco de baterías) Estado de los relevadores y medición del voltaje del banco de baterías Fuente de alimentación Sensores Climatológicos Tarjetas manejadoras de relevadores Hacia Aerogeneradores y Arreglos Fotovoltaicos Hacia Cargas del sistema Relevadores para control de aerogeneradores y arreglos fotovoltaicos Relevadores para control carga Control electrónico desarrollado en el IIE (tipo 4):
- 7. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Especificaciones para el desarrollo del control Integración con base en un sistema comercial Capacidad de adquisición de datos y almacenamiento de información (un mes por lo menos) Bajo consumo de corriente Facilidad de programación para poder desarrollar y probar diferentes algoritmos para la administración de la generación y el despacho de carga: • Maximizar la generación alimentando directamente las cargas con las fuentes de generación, para evitar pérdidas por conversión a energía electroquímica. Integración acorde con la capacidad del sistema híbrido tanto en costo, tamaño, confiabilidad y autonomía, así como en la robustez en su integración física. Utilización de relevadores mecánicos para evitar caída de voltaje (estado sólido). Relevadores de dos polos, dos tiros, con capacidad de 25 A @ 250 V.
- 8. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Criterios para el desarrollo del algoritmo de control El control detecta y saca de operación la fuente de generación que ha llevado al banco de baterías a un nivel completo de estado de carga Una vez que los aerogeneradores son frenados, el control considera el patrón de viento del sitio de instalación del sistema para reconectarlos y disminuir la corriente de excitación (corrientes de autoconsumo) Después que los arreglos fotovoltaicos han salido de operación, el control considera periódicamente la corriente demandada por la carga y reconecta los arreglos fotovoltaicos, uno por uno, según sea la magnitud de la corriente demandada La reconexión de los arreglos fotovoltaicos, una vez que han salido de operación, se realiza al finalizar el día solar, para disminuir la pérdida innecesaria de energía por autoconsumo pero sobretodo para garantizar que el banco se empezará a cargar al iniciar el día solar
- 9. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Criterios para el desarrollo del algoritmo de control El control electrónico lleva a cabo las acciones de control para la operación automática del motogenerador El control realiza la adquisición de datos de las principales variables del sistema híbrido El control conmuta las señales de voltaje para la excitación de los aerogeneradores
- 10. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Medición de parámetros de interés (instrumentación de sistemas híbridos)
- 11. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Pasos para instrumentar un sistema híbrido: Identificar las variables a medir Integrar el sistema de adquisición de datos (SAD) Realizar el programa del sistema de adquisición de datos Realizar pruebas del SAD antes de su instalación Realizar la instalación y verificar la operación en el SH Operar el SAD durante el período de instrumentación
- 12. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE La instrumentación de sistemas híbridos 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
- 13. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Identificar las variables a medir Arreglos fotovoltaicos RSP RSH TA Aerogeneradores VV DV VVG, DVG VG , IG, PG Control electrónico del sistema Control electrónico del sistema VFV , IFV, PFV , TFV Generador diesel o similar Generador diesel o similar VD , ID , PD Red eléctrica Red eléctrica Carga IER , PER , PRER VR ISR , PSR, PRSR VC, IC , PC Banco de baterías Banco de baterías VB IEB PEB ISB PSB SISTEMA HIBRIDO Inversor VI IEI , PEI ISI , PSI TBB
- 14. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Lista general de las variables a medir Variable Símbolo Unidades Climatológicas 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 Dirección del viento DV grados N Arreglos foto voltaicos 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 Co rriente 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 Dirección del viento a la altura de los AGs DVG grados N Banco de baterías Voltaje de operación del banc o de baterías VB V Corriente de entrada al banco de baterías IEB A Corriente de salida del banco de baterías ISB A Potencia que entra al banco de baterías PEB W Potencia que sale del banco de baterías PSB W Temperatura del banco de baterías TBB °C
- 15. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Lista general de las variables a medir (continuación) Variable Símbolo 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 Poten cia de entrada al inversor PEI W Potencia de salida al inversor PSI W Fuente de respaldo (grupo electrógeno) Voltaje de salida VD V Corriente de salida ID A Potencia de salida PD W Red eléctrica Voltaje de línea de la red VR V Corriente entrega da 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
- 16. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Elaborar la lista de las variables a medir en el sistema híbrido: Una vez que las variables han sido identificadas (apoyándose en la figura y en la lista general), deberá elaborarse la lista con la variables a medir en nuestro SH La lista deberá contener: • Nombre de la variable • Símbolo • Unidades de medición • Rango de medición • Exactitud requerida en la medición
- 17. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Integración del SAD Equipo de medición • Operación desatendida, automática y aislada (no se recomienda con PC) • Capacidad de medición, resolución, memoria autocontenida. Capacidad de control • Confiabilidad y autonomía. Precisión en las mediciones • Software de soporte para programación, recuperación de información, etc. • Facilidad de programación y conexión de sensores de diferentes marcas • Costo y servicio de soporte (manuales). Marca reconocida. Accesorios del equipo de medición • Fuente ininterrumpible para garantizar operación continua • Paneles solares (garantizar operación en ausencia de sol) • Expansor de canales de entrada (multiplexor) • Gabinete para instalación en exteriores que lo proteja de humedad, corrosión y polvo • Módulo para almacenamiento de información (garantizar autonomía de un mes de información) • Capacidad de telecomunicación
- 18. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Integración del SAD (continuación) Anemómetros (0.5 m/s). Veletas (5°). Bajo costo. Piranómetros (error típico 3%). Sensor de temperatura ambiente (sonda basada en un termistor) Sensores de temperatura de panel y banco de baterías (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 instantáneas de voltaje y corriente y no a través del producto de los promedios obtenidos). Gabinete para instalar los transductores de corriente, voltaje y potencia que los proteja contra corrosión, polvo y humedad.
- 19. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Integración del SAD (continuación) Manual del equipo de medición Manuales de los sensores en donde se especifique su conexión, excitación, señal de salida Hojas de calibración de los sensores y del equipo de medición. Elaborar la lista con los elementos que integrarán el SAD (equipo de medición, accesorios y sensores) Elaborar el diagrama de conexiones de los sensores en el SAD • Conexión directa al equipo de medición • Conexión al expansor de puertos
- 20. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Programa del sistema de adquisición de datos Intervalo de muestreo • Velocidad y dirección del viento cada 2 segundos • Resto de las variables cada 10 segundos Programar la medición de cada uno de los sensores de acuerdo al diagrama de conexiones realizado Calcular las potencias en corriente directa (con las muestras instantáneas de corriente y voltaje) Separar las muestras de corriente y potencia tanto de entrada como de salida (banco de baterías, red eléctrica, 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
- 21. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Lista de datos a generar cada 10 minutos Variable Dato generado Símbolo Unidades Fecha (día 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 Veloci dad del viento promedio VV m/s Dirección del viento resultante vectorial DV grados N Desviación estándar de la velocidad del viento desviación estándar sVV 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 Corriente de salida de los aerogeneradores promedio IG A Potencia de salida de lo s aerogeneradores promedio PG W Velocidad del viento a la altura de los aerogeneradores promedio VVG m/s Dirección del viento a la altura de los aerogeneradores resultante vectorial DVG grados N Desviación estándar de la velocidad del viento desviación estándar sVVG m/s Voltaje de operación del banco de baterías promedio VB V Corriente de entrada al banco de baterías promedio IEB A Corriente de salida del banco de baterías promedio ISB A Potencia que entra al banco de baterías promedio PEB W Potenci a que sale del banco de baterías promedio PSB W Temperatura del banco de baterías promedio TBB °C
- 22. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Lista de datos a generar cada 10 minutos (continuación) Variable Dato generado Símbolo 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 operación del generador diesel o similar totalizado tOP minutos Voltaje de línea de la red eléctrica promedio VR V Corriente entregada a la red eléctrica promedio IER A Corriente consumida de la red eléctrica promedio ISR A Potencia real entregada a la red eléctrica promedio PER W Potencia reactiva entregada a la red eléctrica promedio PRER VAR Potencia real consumida de la red eléctrica promedio PSR W Potencia reactiva consumida de la red eléctrica promedio PRSR VAR Velocidad del viento a 10 metros máximo VV m/s Velocidad del viento a la altura de los aerogeneradores máximo VVG m/s Corriente de salida de los aerogeneradores máximo IG A Potencia de salida de los aerogeneradores máximo PG W Voltaje de operación del banco de baterías máximo VB V Voltaje de operación del banco de baterías mínimo VB V
- 23. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Pruebas del SAD antes de su instalación (verificación de su funcionamiento) Integrar físicamente el SAD (conectar el equipo de medición, accesorios y sensores) Cargar el programa de aplicación especifica en el equipo de medición. Verificar que mida correctamente cada una de las variables. Comparar con: • Multímetros • Amperímetros de gancho • Analizadores de potencia o demanda eléctrica • Otros sensores Revisar que los equipos con los que se comparen las mediciones estén con calibración vigente Verificar que se graben todos los datos correctamente Detectar errores de programación Detectar errores de conexión Detectar problemas de ruido (aterrizar el blindaje de los cables del lado del equipo de medición)
- 24. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Instalación 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 instalación. El piranómetro para medir en el plano de los paneles debe estar lo más próximo a ellos. El sensor de temperatura ambiente debe estar en el exterior y protegido contra la radiación directa del sol. Los anemómetros y las veletas deben estar libres de obstáculos a su alrededor para evitar turbulencia en ellos, de preferencia en una torre expresamente para ellos. Cuando se conecten shunts deberán colocarse en la terminal negativa de los voltajes, cuando el equipo de medición así lo requiera. Revisar rango de medición del equipo. Numerar cables para su identificación para facilitar eventos de conexión y desconexión. Deberá usarse tubería conduit para evitar lo mayor posible algún daño a los cables. En donde no sea posible poner tubería, deberán colocarse cinchos plásticos, resistentes a los rayos ultravioleta donde así sea requerido.
- 25. II Taller Internacional de Sistemas Híbridos IIE Operación del SAD Recuperar los datos de preferencia cada mes. Siempre que sea posible, en los eventos de recuperación deberá revisarse el SAD para detectar problemas en el equipo de medición y en los sensores. Cada archivo generado deberá estar formado por: • el nombre del lugar donde está instalado el sistema híbrido • número consecutivo del evento de recuperación Deberá llevarse un control sobre los archivos de datos que se vayan generando haciendo un respaldo en diskette o disco compacto. Deberá llevarse una bitácora en el SH en donde se reporten eventos aleatorios (fallas, reparaciones, cambio de sensores) y eventos programados (limpieza de módulos, colocación de sensores calibrados, etc.) Deberá llevarse un control sobre los periodos de calibración de los sensores.