simulador interactivo para sistemas de generación

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Simulador Interactivo para Sistemas de Generación Distribuida Basados en Energías Renovables M.C. Rafael Peña Gallardo Dr. J. Aurelio Medina Ríos Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo Facultad de Ingeniería Eléctrica División de Estudios de Posgrado

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Page 1: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

Simulador Interactivo para

Sistemas de Generación

Distribuida Basados en

Energías Renovables

M.C. Rafael Peña Gallardo

Dr. J. Aurelio Medina Ríos

Universidad Michoacana

de San Nicolás de Hidalgo

Facultad de Ingeniería Eléctrica

División de Estudios de Posgrado

Page 2: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

Contenido

Definición de Simulación

Importancia de la Simulación

Simulador: “DGIS”

Pantalla Principal

Técnicas Computacionales

Caso de Estudio

Ventajas sobre Software Similar

Conclusiones

2

Page 3: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

Definición de Simulación

Simulación es el proceso de diseñar y desarrollar

un modelo computarizado de un sistema complejo

del mundo real y conducir experimentos con este

modelo con el propósito de entender el

comportamiento del sistema o evaluar varias

estrategias con las cuales se puede operar el

sistema a través de diferentes periodos de tiempo.

3

Page 4: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

Importancia de la Simulación

A través de las simulaciones, se puede estudiar y

analizar los efectos de cambios internos y externos

sobre el sistema.

Mediante simulación se puede tener un mejor

entendimiento del sistema y por consiguiente,

sugerir estrategias que mejoren la operación y

eficiencia del sistema.

En una simulación se puede controlar variables de

interés y ver como influyen en el sistema.

4

Page 5: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

Simulador: “DGIS”

“DGIS” es un simulador interactivo diseñado para

estudiar y analizar el comportamiento de Sistemas

de Generación Distribuida basados en Energías

Renovables.

El nombre “DGIS” proviene de las siglas en ingles:

“Distributed Generation Interactive Simulator”

(Simulador Interactivo de Sistemas de Generación

Distribuida).

5

Page 6: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

Descripción del Simulador

“DGIS” esta siendo desarrollado en el lenguaje de

Programación Visual C#.

La idea es crear una plataforma de simulación

gráfica, fácil de usar y con la posibilidad de que el

usuario pueda incluir nuevos modelos en el

simulador.

Actualmente contiene modelos de: cargas, fuentes,

máquinas eléctricas, líneas de transmisión,

transformadores, turbinas eólicas y paneles

fotovoltaicos.6

Page 7: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

Pantalla Principal

7Figura 1. Pantalla Principal del Simulador “DGIS”

Page 8: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

Pantalla Principal

8

Figura 3. Presentación de los Resultados

Figura 2. Ventana de Configuración

Page 9: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

Técnicas Computacionales

a) Programación Orientada a Objetos:

Con la aplicación de esta técnica computacional,

cada modelo es tratado como un objeto, el cual

debe tener características bien definidas.

Además, los objetos son tratados como bloques

funcionales, los cuales pueden interconectarse

entre sí, generando un sistema de cualquier

complejidad deseada.

9

Page 10: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

10

Figura 4. Objeto dentro del Simulador

Figura 5. Conexión entre dos Bloques

Figura 6. Diagrama de Flujo

Page 11: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

Técnicas Computacionales

b) Programación en Paralelo

El objetivo de la utilización de técnicas de

programación en paralelo, es reducir el tiempo de

simulación.

Debido a los avances en los nuevos micro-

procesadores de computadoras personales, es

necesario tomar ventaja de los nuevos sistemas de

computo con capacidad de procesamiento en

paralelo.

11

Page 12: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

12

0

1

2

3

4

5

6

2 3 4 5 6 7 8

640 Wind Turbines

Number of Processors

Re

lati

ve E

ffic

ien

cy

Number of Processors

Re

lati

ve E

ffic

ien

cy

0

100

200

300

400

500

600

10 20 40 80 160 320 640

Simulation Time

1 Processor

2 Processors

3 Processors

4 Processors

5 Processors

6 Processors

7 Processors

8 Processors

Number Of Wind Turbines

Tim

e (s

ec)

Figura 7. Sistema de Prueba

Figura 8. Tiempos de Simulación Figura 9. Eficiencia Relativa

Page 13: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

Técnicas Computacionales

c) Acercamiento Rápido al Estado Estacionario

Técnica útil basada en un Método Newton de

Extrapolación al Ciclo Límite, que ayuda a

encontrar de manera rápida el estado estacionario

de un sistema.

13

Figura 10. Ciclo Límite

Page 14: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

14

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

5

10

15x 10

4

(a)

0 0.1 0.2 0.3 t∞0

5

10

15x 10

4

Time, sec

Re

acti

ve

Po

we

r, V

A

(b)

Computationsof x∞

Steady State

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5-5

0

5

10

15x 10

4

(a)

1 1.1

1.2 t∞-5

0

5

10

15x 10

4

Time, sec

Re

acti

ve

Po

we

r, V

A

(b)

Steady StateComputationsof x∞

Fault

Figura 11. Sistema de Prueba

Figura 12. Potencia Reactiva (Arranque)

Figura 13. Potencia Reactiva (Falla Trifásica)

Page 15: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

Caso de Estudio:

15

Figura 14. Diagrama Unifilar

Page 16: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

Caso de Estudio:

16

Figura 15. Corriente en el Estator

Figura 16. Corriente en el Rotor

Page 17: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

Caso de Estudio:

17

Figura 17. Velocidad

Figura 18. Par Electromagnético

Page 18: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

Ventajas sobre Software Similar

La mayoría de los programas computacionales

comerciales cuentan con muchas de las

características descritas de “DGIS”, pero cuentan

con la desventaja de que muchas veces no se

puede tener acceso a los modelos, ni modificar los

algoritmos que vienen incluidos, además de que los

costos de las licencias pueden ser excesivos.

“DGIS” está diseñado para ser de fácil uso, para

que el usuario pueda agregar nuevos modelos y

para el código fuente del programa sea adaptado a

las necesidades del usuario.18

Page 19: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

Conclusiones El programa computacional “DGIS”, así como sus

principales características han sido descritas en

detalle.

Se ha descrito de manera general las técnicas

computacionales eficientes incluidas en este

programa.

Casos de estudio de la aplicación del programa han

sido presentados. Además de que se ha

presentado una comparación entre los resultados

obtenidos con los de la librería “Power System

toolbox” incluida en el programa comercial

Simulink, de Matlab®.19

Page 20: Simulador Interactivo para Sistemas de Generación

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Fin de la Presentación

¡Gracias por su atención!