UAQ desarrolla sistemas de control para redes eléctricas

Por: Abiel Jiménez

El sistema eléctrico tradicional consiste en un eje vertical: generación, transmisión y distribución. Sin embargo, esto ha cambiado hace unos años con la generación distribuida: energía proveniente de muchas pequeñas fuentes, que pueden ir desde algunos kilowatts hasta megawatts. Gracias a ello, se han podido integrar las micro-redes eléctricas, pequeños centros de generación distribuida que pueden operar tanto conectadas como aisladas a la red pública.

Energía proveniente de generadores eólicos, paneles solares, generadores a gasolina, entre otras fuentes constituyen este sistema. Sus ventajas son el ahorro de energía, la reducción de costos, la integración de fuentes renovables y una mayor calidad del suministro, ya que, por ejemplo, estas pequeñas redes eléctricas podrían dar suministro eléctrico a una zona en la que la Comisión Federal de Electricidad (CFE) no tenga acceso.

Sin embargo, la interacción entre las fuentes de energía y las cargas eléctricas puede ser un obstáculo, pues no hay una constante cantidad de viento o radiación solar diariamente, además de que el uso tampoco es el mismo cada día. Esto puede generar variaciones en el comportamiento de las micro-redes y provocar daños o interrupciones en el suministro. Esto demanda que los sistemas de control y protección sean de mejor calidad, más inmunes a las perturbaciones armónicas y con información más confiable.

Para atender esta problemática, investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Querétaro Campus San Juan del Río desarrollan y validan estimadores fasoriales sincronizados que determinan magnitud, fase y frecuencia de voltaje y de corriente para monitorear la actividad de micro-redes eléctricas.

Esta tecnología está orientada a evitar fallas en la red de suministro, es más económica y es reconfigurable para atender las necesidades del usuario.

El Doctor Martín Valtierra Rodríguez, líder del proyecto, explicó que un estimador fasorial o unidad de medición fasorial es un algoritmo que se implementa en un dispositivo lógico programable (como una tarjeta FPGA) para monitorear la actividad de dichas micro-redes y que se sincroniza con un reloj de red GPS. Gracias a filtros digitales en cuadratura, se procesan las señales de corriente o voltaje para estimar magnitud, fase, frecuencia y razón de cambio de frecuencia.

Hasta ahora estos dispositivos únicamente son utilizados por la Comisión Federal de Electricidad, pero no están diseñados para incluir nuevas tecnologías y, por lo tanto, no pueden dar soporte a las necesidades actuales del sistema eléctrico nacional. Por su parte, en el mercado ya existen equipos comerciales pero su costo es elevado y son de arquitectura cerrada, es decir, no se pueden modificar o agregar funcionalidades.

En cambio, la tecnología desarrollada en la UAQ es económica y de arquitectura abierta, ya que en una sola tarjeta de desarrollo FPGA se pueden integrar estimadores fasoriales monofásicos, bifásicos y trifásicos, los cuales pueden operar de manera paralela sin ser afectados por otras tareas de cómputo, como la decodificación y sincronización del reloj satelital. Además, están bajo las especificaciones de la norma IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems C37.118.1.

Para llevar a cabo la validación de los estimadores el académico cuenta con un equipo de trabajo integrado por José Roberto Razo Hernández y Arturo Mejía Barrón, estudiantes del Doctorado en Mecatrónica; y Salvador Zaid Hernández Michel y Uriel Hernández Osornio, alumnos de la Maestría en Ciencias Mecatrónica, ambos posgrados ofertados en el Campus San Juan del Río de la UAQ.

Se avocaron en integrar los estimadores fasoriales sincronizados con fuentes de energía renovable: un panel fotovoltaico de 500 watts y un aerogenerador de 400 watts; fuentes de energía alternativa: un generador a gasolina de 3 mil 500 watts, así como transformadores de 3kVA, motores eléctricos de 1 y 2 caballos de fuerza y luminarias de distintas potencias.

Además de esta infraestructura para las pruebas de laboratorio, Salvador Hernández Michel y Uriel Hernández Osornio construyeron un túnel de viento para estudiar el comportamiento de los aerogeneradores; gracias a este equipo, se pueden simular condiciones de viento semejantes a las de distintas ubicaciones geográficas.

Como resultado de esta investigación, el doctorante Arturo Mejía Barrón trabaja en la creación de estimadores fasoriales armónicos, tecnología que actualmente no existe de manera comercial y que ayudaría a solucionar muchos de los problemas de las redes eléctricas. A su vez, el doctorante José Roberto Hernández Razo elabora algoritmos de diagnóstico de transformadores mediante estimadores fasoriales.

El Doctor Martín Valtierra agregó que otra de las áreas de esta investigación consiste en el desarrollo de un sistema experto basado en inteligencia artificial e información fasorial sincronizada para la gestión de la micro-red eléctrica; al respecto, puntualizó que con este equipo se podrían minimizar costos e impulsar la sustentabilidad eléctrica.