ECC 205
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1. Metodolog a El modelo presentado forma parte de un estudio para analizar el impacto de SFVCR dentro de la matriz energ tica regional Este estudio es parte de un proyecto de instalaci n de un SFVCR en la fachada del Departamento de F sica Facultad de Ciencias Exactas UNNE Corrientes que se encuentra en v as de desarrollo a cargo del Grupo en Energ as Renovables GER en el marco de un proyecto de generaci n descentralizada de energ a el ctrica Por lo expuesto considerando los objetivos del proyecto se inici el estudio analizando la distribuci n de acometidas a los distintos departamentos de la FACENA ya que el modelo preliminar fue realizado examinando las condiciones de este edificio Como primer paso se defini el entorno de estudio y se procedi a analizar nicamente la distribuci n de la red en el edificio de f sica La Figura N 1 muestra como acometen los conductores tetrapolares a cada uno de los tableros principales TP y seccionales TS de los edificios el edificio de f sica cuenta con tres tableros seccionales uno en cada piso del establecimiento Partiendo del hecho de que el tramo de conductor comprendido entre la subestaci n transformadora SET y el tablero principal TP posee mayor longitud que los tramos TP T S se consider que la nica impedancia de l nea a tener en cuenta es la del tramo SET TP World Congress amp Exhibition ENGINEERING 2010 ARGENTINA October 17th 20th 2010 Buenos Aires A2. compuesto por una fuente de tensi n senoidal en serie con la impedancia de l nea y un subcircuito que representa la carga variable en el tiempo El World Congress amp Exhibition ENGINEERING 2010 ARGENTINA October 17th 20th 2010 Buenos Aires AR 5 MODELO MATEM TICO DE RED DE BAJA TENSI N PARA SIMULACI N ECC 205 DE SISTEMAS DE GENERACI N FOTOVOLTAICA ACOPLADA A RED subcircuito figura N 6 fue dise ado como una fuente de corriente senoidal cuya amplitud y fase var an seg n una funci n matem tica que depende de las variaciones que sufre la impedancia de carga en el tiempo FIGURA 6 Esquema en entorno Simulink del modelo de carga variable con el tiempo Resultados Las primeras simulaciones se realizaron considerando el tiempo equivalente a 1 d a h bil y un d a feriado A partir del empleo de distintos m dulos de medici n contenidos en el entorno de programaci n citado se pudieron determinar los valores de cada par metro el ctrico del sistema La Figura N 7 presenta el gr fico proporcionado por el programa que permite observar la variaci n de la corriente eficaz y el valor instant neo de la potencia activa y reactiva sobre la carga a lo largo de un d a h bil T a LLELE FIGURA 7 Curvas que describen el comportamiento de la corriente eficaz potencia activa y potencia reactiva para un d a h bil World Congress amp Exhibition ENGINEERING 2010 ARGENTINA October 17th 20th 2010 Bu
3. 17th 20th 2010 Buenos Aires AR 1 MODELO MATEM TICO DE RED DE BAJA TENSI N PARA SIMULACI N ECC 205 DE SISTEMAS DE GENERACI N FOTOVOLTAICA ACOPLADA A RED Los SFVCR 4 poseen la particularidad de que no precisan de acumuladores sin embargo necesitan de un sistema de conversi n de potencia Inversor de corriente continua a corriente alternada 5 que debe ser capaz de adaptarse a las variaciones en la energ a generada debida a cambios en la radiaci n solar as como tambi n a las distorsiones ocasionadas por la interacci n con la red de distribuci n el ctrica a la que se conecta De hecho las condiciones en que se encuentra la red de baja tensi n var an con el tiempo y resultan de importancia pues estas variaciones gobiernan en parte la eficiencia del sistema de conversi n Para lograr una previsi n de las condiciones de trabajo del inversor y del sistema interconectado en general se desarroll como primer paso un modelo matem tico preliminar de red de baja tensi n con par metros variables en el tiempo desarrollado a partir de valores reales medidos 6 7 y seguidamente empleando el programa Matlab Simulink para verificar su funcionamiento Por sus caracter sticas este modelo permitir simular los efectos producidos por la interconexi n del SFVCR con la red as como tambi n obtener resultados acerca de las posibles mejoras que pueden surgir en la red a partir del empleo de este tipo de sistemas de generaci n 8
4. ADA A RED diferentes d as desarrollar un ajuste con mayor exactitud no representa un aporte tan importante para determinar la tendencia general del modelo x 10 350 300 oR 250 g 200 gt ma 150 s 45 100 an 50 35 4 Fl 0 mm Ms 200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 A A Tiempo min Tiempo min a b FIGURA 4 Ajuste mediante gaussianas del perfil de demanda para un d a t pico a Comportamiento resistivo de una fase b Comportamiento de la reactancia de una fase La impedancia serie del conductor de acometida queda definida a partir de sus dimensiones la resistencia y la reactancia en funci n de la temperatura Considerando que el conductor de acometida es tetrapolar subterr neo de 3 x 185 mm 1 x 95 mn que posee una longitud de aproximadamente 148m y que tiene como par metros caracter sticos una resistencia de 0 137 O Km y una reactancia de 0 07 Q Km a una temperatura de 30 C se determin una impedancia serie constante constituida por una resistencia de 0 02 Q en serie con una reactancia de 0 01 O Impedancia de Linea Potencia activa y reactiva Modelo de carga R L f t r Fuente de Tensi n alterna a Volti metro FIGURA 5 Esquema de simulaci n en entorno Simulink Matlab Para simular el modelo descripto por las ecuaciones y par metros anteriormente citados se desarroll un esquema de simulaci n empleando la herramienta Simulink de Matlab Figura N 5 Este modelo est
5. MODELO MATEM TICO DE RED DE BAJA TENSI N PARA SIMULACI N ECC 205 DE SISTEMAS DE GENERACI N FOTOVOLTAICA ACOPLADA A RED MODELO MATEM TICO DE RED DE BAJA TENSI N PARA SIMULACI N DE SISTEMAS DE GENERACI N FOTOVOLTAICA ACOPLADA A RED Manuel C ceres GER Grupo en Energ as Renovables FACENA UNNE Campus Libertad Av Libertad 5460 Corrientes chiro_fridaO yahoo com ar Exequiel Pinto Luis H Vera Arturo J Busso Carlos Cadena Abstract En la generaci n descentralizada de energ a el ctrica utilizando sistemas fotovoltaicos conectados a la red SFVCR una de las cuestiones a tener en cuenta a la hora de analizar el aporte energ tico y ventajas de estos sistemas es la condici n en que se encuentra la red de baja tensi n vista desde el punto de interconexi n el ctrica El presente trabajo muestra un modelo matem tico de la red de baja tensi n desarrollado a partir de datos de tensi n corriente sobre la carga factor de potencia etc el cual se basa en un circuito el ctrico equivalente compuesto por una impedancia de l nea en serie con un generador que representa la subestaci n transformadora Este modelo representa a la red desde el punto de vista del dispositivo que realizar la interconexi n entre el sistema fotovoltaico y el consumo inversor presentando la interacci n entre las partes componentes del SFVCR y la red El modelo formulado permite simular adecuadamente el acoplamiento de diferentes topo
6. R 2 MODELO MATEM TICO DE RED DE BAJA TENSI N PARA SIMULACI N ECC 205 DE SISTEMAS DE GENERACI N FOTOVOLTAICA ACOPLADA A RED pudiendo despreciarse las dem s En otras palabras consideramos que todos los tableros seccionales se encuentran conectados a una misma barra de distribuci n Edificio de Quimica Subestaci n Transf adora TP1 NY Edificio de F sica FIGURA 1 Detalle de acometida de los edificios del departamento de F sica y departamento de Qu mica A partir de esta consideraci n preliminar se puede definir una estructura circuital del modelo matem tico como el presentado en la Figura N 2 en donde se muestra un esquema aproximado monof sico cuyos par metros representan la red de baja tensi n El modelo matem tico propuesto consiste en un circuito equivalente de Th venin que alimenta a las distintas cargas de cada tablero seccional variables en el tiempo Este circuito equivalente representa a la SET en conjunto con los conductores de acometida Se considera a la SET como una fuente de tensi n alterna senoidal de frecuencia de 50Hz y amplitud de 311V La impedancia serie del modelo queda determinada por las caracter sticas f sicas de los conductores de acometida ZL cte O D ZL mpedancia de l nea Punto de Interconexi n Z7c Z2c Znc impedancia de carga asignada a cada V 1 t Z1c f t Z2c f t Znc f t A tablero seccional FIGURA 2 Esquema el ctrico equivalent
7. da Performance Energ tica para uma Instalac o Fotovoltaica Conectada a Rede em Diferentes Locais I Congresso de Energia Solar Fortaleza Brasil 8 11 de abril 2007 5 Tadao Ishikawa Grid connected photovoltaic power systems Survey of inverter and related protection equipment Report IEA PVPS T5 05 2002 6 Hoyos L Cadena C Hoyos D Optimizaci n del Consumo El ctrico de una Red Trif sica de Potencia Por Evaluaci n del Comportamiento de sus Impedancias Variables y Complejas Avances en Energ as Renovables y Medio Ambiente Vol 2 N 2 ASADES 1998 7 Mor n F Facchini M Pontoriero D Do a V Inserci n de Generaci n Distribuida a Travez de Instalaciones Fotovoltaicas Domiciliarias Ajustadas a las Curvas T picas de Demanda Residencial Avances en Energ as Renovables y Medio Ambiente Vol 13 ASADES 20009 8 Canova A Giaccone L Spertino F Tartaglia M Electrical Impacto of Photovoltaic Plant in Distributed Network EEE 2007 World Congress amp Exhibition ENGINEERING 2010 ARGENTINA October 17th 20th 2010 Buenos Aires AR 7
8. e del modelo matem tico propuesto Las actividades desarrolladas en cada uno de los pisos del departamento de f sica son aproximadamente las mismas por ello se puede considerar que la carga asignada a cada TS World Congress amp Exhibition ENGINEERING 2010 ARGENTINA October 17th 20th 2010 Buenos Aires AR 3 MODELO MATEM TICO DE RED DE BAJA TENSI N PARA SIMULACI N ECC 205 DE SISTEMAS DE GENERACI N FOTOVOLTAICA ACOPLADA A RED var a seg n una misma funci n Partiendo de esta hip tesis se puede estudiar solamente uno de los tableros permitiendo simplificar el modelo Figura N 3 De esta forma la impedancia de carga puede ser representada por una resistencia funci n del tiempo en serie con una reactancia que tambi n es funci n del tiempo y que puede ser inductiva o capacitiva seg n corresponda ZL cte R f t Punto de Interconexi n R f t Resistencia variable con el tiempo V t N X f t Reactancia variable con el tiempo X 1 t FIGURA 3 Circuito equivalente simplificado Para determinar la variaci n de la carga en funci n del tiempo se realizaron mediciones por un per odo de 5 meses de los par metros caracter sticos de red en el TS del segundo piso empleando un analizador de calidad de energ a marca FLUKE modelo 1735 conectado a dicho tablero Se midi tensi n corriente potencia activa reactiva y factor de potencia en intervalos de 10 minutos A partir del an lisis de los datos
9. enos Aires AR 6 MODELO MATEM TICO DE RED DE BAJA TENSI N PARA SIMULACI N ECC 205 DE SISTEMAS DE GENERACI N FOTOVOLTAICA ACOPLADA A RED Conclusiones A trav s del desarrollo y simulaci n del modelo matem tico se lleg a las siguientes conclusiones El modelo as como fue implementado es vers til y permite simular diversas condiciones de carga sin limitar nicamente su empleo al caso en estudio Las desviaciones medias obtenidas respecto de valores reales se encuentran dentro de un entorno adecuado considerando que se trabaja con un modelo el ctrico equivalente simplificado La disposici n empleada para simulaci n permite el futuro acoplamiento de un modelo de sistema de generaci n fotovoltaica a fin de caracterizar la interacci n red SFVCR El desarrollo del modelo matem tico de sistema fotovoltaico conectado a red esta en su etapa final y se pretende simular la interacci n del conjunto en poco tiempo Referencias Bibliogr ficas 1 Luzi Clavadetscher Country Reports on PV System Performance Report IEA PVPS T2 05 2004 2 Ulrike Jahn Bodo Grimmig Wolfgang Nasse Analysis of photovoltaic Systems Report IEA PVPS T2 01 2000 3 O C Onar M Uzunoglu M S Alam Modeling control and simulation of an autonomous wind turbine photovoltaic fuel cell ultra capacitor hybrid power system Journal of Power Sources 2008 4 Dias J B Silv rio W V Krenzinger A Simulac o dos ndices
10. log as de SFVCR as como de la impedancia caracter stica de la red de distribuci n analizada Palabras Claves Fotovoltaica Modelo Red El ctrica Simulaci n Introducci n Los sistemas de generaci n fotovoltaica pueden clasificarse en tres grandes grupos que difieren entre si respecto del modo de empleo de la energ a el ctrica generada 1 2 Estos son sistemas de generaci n aut nomos o aislados en los que la energ a generada por m dulos fotovoltaicos es almacenada en acumuladores bater as para luego ser empleada en instalaciones el ctricas que generalmente se encuentran aisladas de la red de distribuci n sistemas de generaci n mixtos que son un caso especial de los aut nomos y cuya diferencia radica en que permiten el trabajo en conjunto con otra fuente de generaci n de energ a el ctrica como por ejemplo la e lica la hidr ulica etc tera 3 y sistemas de generaci n fotovoltaica conectados a red SFVCR que inyectan toda la energ a generada a la red de distribuci n Exequiel Pinto Subsecretaria de Energ a de la Provincia de Corrientes exe_electrotecniaO hotmail com Luis H Vera GER Grupo en Energ as Renovables FACENA UNNE lh_vera yahoo com ar Arturo J Busso GER Grupo en Energ as Renovables FACENA UNNE ajbusso gmail com Carlos Cadena INENCO CONICET Departamento de F sica UNSa cadena inenco net World Congress amp Exhibition ENGINEERING 2010 ARGENTINA October
11. obtenidos se verific que es suficiente representar la carga mediante funciones que describan su variaci n para dos tipos de consumo caracter sticos un d a h bil o de mucha actividad y un d a feriado o de fin de semana o de poca actividad Para obtener dichas funciones de demanda energ tica se caracteriz un d a h bil y un d a feriado a partir de un ajuste estad stico de los par metros medidos Dicho de otra manera se tomaron todos los par metros medidos para los d as h biles y se determin un d a medio realizando el mismo proceso para obtener la funci n de demanda de los d as feriados Como el modelo propuesto es monof sico se repiti esta operaci n para cada fase La Figura N 4 presenta la variaci n de la resistencia y reactancia de carga para una fase en un d a h bil Se realiz el ajuste de una ecuaci n representativa de la demanda mediante el empleo de distribuciones de Gauss cuyo desv o respecto de la respuesta real son de orden peque o esto se debe en parte a que la variaci n de la demanda responde normalmente a una distribuci n de este tipo Adem s es importante destacar que el modelo busca simular las tendencias de la demanda y teniendo en cuenta que el fen meno engloba valores medios de World Congress amp Exhibition ENGINEERING 2010 ARGENTINA October 17th 20th 2010 Buenos Aires AR 4 MODELO MATEM TICO DE RED DE BAJA TENSI N PARA SIMULACI N ECC 205 DE SISTEMAS DE GENERACI N FOTOVOLTAICA ACOPL
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