Upload
aquiros29
View
20
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Un documento que describe las principales medidas de control para un sistema de generación de energía electria de tipo híbrido.
Citation preview
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
Corriente de salida de los aerogeneradores
promedio
IG
A
Potencia de salida de los aerogeneradores
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
Voltaje de operacin del banco de bateras
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
Corriente de salida de los aerogeneradores
mximo
IG
A
Potencia de salida de los aerogeneradores
mximo
PG
W
Voltaje de operacin del banco de bateras
mximo
VB
V
Voltaje de operacin del banco de bateras
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